磁悬浮数字控制技术研究

磁悬浮系统的PID控制本科毕业设计（论文）题目: 磁悬浮系统的PID控制姓名:学号:专业:指导教师:职称:日期:华科学院摘要磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点，在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用背景。

本设计毕业设计在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立其数学模型，并以此为研究对象，设计了PID控制器，确定控制方案，运用MATLAB软件进行仿真研究，得出较好的控制参数。

最后，本文对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解。

关键词：磁悬浮系统控制器MATLAB软件PID控制AbstractMagnetic suspension technology, which has a series of advantages such as contact-free, no friction, no wear, no need of lubrication and long life expectancy, is widely concerned and adopted in high-tech areas such as energy, transportation, aerospace, industrial machinery and life science．On the basis of analyzing of magnetic suspension system’s structure and working principle, its system mathematical model was established, this thesis describe PID controller designed and get control scheme. It get the better control parmeters by MATLAB software simulation studies.The key research works for further study are proposed at last．Key Word：Magnetic Levitation Ball System Digital Controller MATLAB PID Control目录摘要 (I)ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1磁悬浮技术综述 (1)1.1.1 前言 (1)1.1.2 磁悬浮方式的分类 (1)1.1.3 控制方式的分类 (2)1.1.4 磁悬浮技术的应用及展望 (2)1.2课题的提出及意义 (6)1.3本论文的工作及主要内容 (6)第2章磁悬浮系统的结构与建模 (9)2.1简介 (9)2.1.1 磁悬浮实验本体 (9)2.1.2 磁悬浮实验电控箱 (10)2.1.3 磁悬浮实验平台 (10)2.2磁悬浮系统的基本结构 (11)2.3磁悬浮系统工作原理 (11)2.4磁悬浮系统的数学模型 (12)2.4.1 控制对象的运动方程 (12)2.4.2 系统的电磁力模型 (12)2.4.3 电磁铁中控制电压与电流的模型 (13)2.4.4 电磁铁平衡时的边界条件 (14)2.4.5 电磁铁系统数学模型 (14)2.4.6 电磁铁系统物理参数 (15)2.5本章小结 (15)第3章控制器设计 (17)3.1控制器方案选择 (17)3.1.1 电流控制器 (17)3.1.2 电压控制器 (17)3.1.3 方案的确定 (18)3.2PID控制器设计 (18)3.2.1 PID控制器 (19)3.2.2 改进型PID算法的应用 (20)3.2.3 PID控制器参数整定 (22)3.3本章小结 (23)第4章基于MATLAB的控制系统仿真 (25)4.1引言 (25)4.2MATLAB软件简介 (25)4.3选用此软件的缘由 (26)4.4S IMULINK仿真系统 (26)4.5MATLAB下数学模型的建立 (27)4.6开环系统仿真 (27)4.7闭环系统仿真 (28)4.8PID参数现场实验法整定 (32)4.9本章小结 (36)第5章总结与展望 (37)参考文献 (39)致谢 (41)第1章绪论1.1 磁悬浮技术综述[1]1.1.1 前言磁悬浮技术属于自动控制技术，它是随着控制技术的发展而建立起来的。

基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计
采用霍尔元件检测小球，输位置出电信号经A/D转换反馈至单片机，运用单片机数字PID控制器来控制磁悬浮小球在磁场中的位置。

以单片机为核心，设计磁悬浮小球的控制电路设计，对控制算法进行研究，编写程序，通过传感器对小球位置的测量，利用通过单片机来实现对小球悬浮的稳定控制。

采用霍尔元件检测小球，输位置出电信号经A/D转换反馈至单片机，运用单片机数字PID控制器来控制磁悬浮小球在磁场中的位置。

给定数字量的作用是手动控制小球在磁场中的位置，根据给定量不同，小球的受力大小也随之改变。

单片机控制器主要是在接到传感器的反馈后通过把模拟信号转换成数字信号发给磁铁执行器从而控制磁场大小。

功率驱动则是改变驱动能力。

霍尔元件则是用于测量小球位置的传感器，并将其信号通过模数转换发送给单片机控制器
13电气工程及其自动化（2）班
1304102062
朱培喆。

磁悬浮轴承数字集成控制器的研究赵静;谢振宇;杨红进;王晓【摘要】研制了以数字信号处理器(TMS320F28335 DSP)为核心的磁悬浮轴承数字集成控制器，取代了一般的位置控制器和部分功率放大器环节，编制了相应的控制算法，采用试验方法研究了该数字集成控制器的静态和动态性能。

将该数字集成控制器应用于五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统，实现了转子的静态稳定悬浮和高速旋转。

研究结果表明，采用数字集成化的设计方法，能够优化磁悬浮轴承的电控系统，且具有成本低、程序的可移植性强、可靠性高、体积小等优点。

%A digital integrated controller of active magnetic bearing was developed based on digital signal processor(TMS320F28335 DSP).The controller could take the place of the general displace-ment controller and some parts of the power amplifier.The corresponding control algorithm was pro-grammed,and the static and dynamic performances of the controller were investigated by experi-ments.The digital integrated controller was also introduced into five degree-of-freedom active magnet-ic bearing flexible rotor system,and the system could operate at high rotation speeds safely.The re-sults show that digital integrated method possesses low cost,transportability,high reliability,small size,and is helpful to optimize the performance of electronic control system.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2015(000)013【总页数】7页(P1820-1826)【关键词】磁悬浮轴承;数字信号处理器;集成控制;控制器;功率放大器【作者】赵静;谢振宇;杨红进;王晓【作者单位】南京航空航天大学，南京，210016;南京航空航天大学，南京，210016;南京航空航天大学，南京，210016;南京航空航天大学，南京，210016【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言磁悬浮轴承（简称磁轴承）是利用电磁铁产生的可控电磁力对转子进行支承以实现其稳定悬浮的。

磁悬浮原理实验（1）实验开设背景磁悬浮技术是磁性原理和控制技术综合应用的产物，经过一百多年来科学和工程技术人员的努力，这一技术被用在了很多行业，其中最典型的两大应用领域是磁悬浮列车和磁悬浮轴承，磁悬浮列车的原理就是将列车的车厢用磁力悬浮起来，由于没有接触和摩擦，所以列车可以以非常高的速度运行磁悬浮轴承（以下简称磁轴承Magnetic Bearing），是一种应用转子动力学、机械学、电工电子学、控制工程、磁性材料、测试技术、数字信号处理等综合技术，通过磁场力将转子和轴承分开，实现无接触的新型支承组件。

按照磁轴承磁力的提供方式，可分为三大类：有源磁轴承（也称为主动磁轴承Active Magnetic Bearing 简称AMB）；无源磁轴承（也称为被动磁轴承Passive Magnetic Bearing 简称PMB）；混合磁轴承（永磁偏置）（Hybrid Magnetic Bearing 简称HMB）；目前磁轴承被用在了超高速超精密加工机床用的磁轴承主轴，其高速、高精度、高效、低能耗的优良性能引起了各国专家的广泛关注、其次磁悬浮轴承在离心压缩机、分子涡流泵、汽轮发动机等大型设备上也得到了成功的应用。

在航空航天领域，60年代初美国德雷伯实验室首先在空间制导和惯性轮上成功地使用了磁轴承；法国军事科学研究实验室于1972年将磁轴承用于卫星导航的惯性轮上；1983年11月搭载于美国航天飞机的欧洲空间仓内安装了采用磁浮轴承的真空泵；最近几年，美国对磁轴承在发动机上应用的可行性作了系统的研究，研究的结果表明：使用磁浮轴承可以将发动机的重量减轻15％并将其效率提高5％左右。

美国《航空周刊》1994年11月报道：美国普惠公司在计划研究的XTC－65发动机的核心机中使用了磁轴承，其验证机已通过了100小时的试验。

(2) 实验介绍在机械设计课程机电一体化设计一章中，以磁悬浮轴承设计及其应用作为了教学实例。

其中介绍了磁悬浮原理，磁悬浮轴承结构，承载力计算以及磁悬浮轴承的控制等。

磁悬浮技术在工程实践中的应用分析作者：王丽茹张彦军来源：《职业·中旬》2010年第06期一、磁悬浮技术的发展与现状磁悬浮技术的发展始于上世纪,恩思霍斯(Eamshanws)发现了抗磁物体可以在磁场中自由悬浮,此现象于1939年由布鲁贝克(Braunbeck)进行了严格的理论证明,但是它的实际应用研究直到最近二十年才广泛开展。

近年来,磁悬浮技术得到了迅速发展,并得到越来越广泛的应用。

由于现代科学技术的发展,如传感器、控制技术(尤其是数字控制技术)、低温和高温超导技术,使得磁悬浮技术迅速崛起,各国都投入大量的人力、物力、进行研究。

磁悬浮由于无接触的特点,避免了物体之间的摩擦和磨损,能延长设备的使用寿命,改善设备的运行条件,因而在交通、冶金、机械、电器、材料等各个方面有着广阔的应用前景。

二、磁悬浮的应用磁悬浮技术的应用范围从高速磁轴承到高速悬浮列车,以及大气隙的风洞磁悬浮模型等各个领域。

磁悬浮轴承的研究是国外一个非常活跃的研究方向,典型对象是发电机的磁悬浮轴承(又称磁力轴承)。

主动式磁悬浮轴承(AMB)以其无机械磨损、无噪声、寿命长、无润滑油污染等特点而广泛应用于航空、航天、核反应堆、真空泵、超洁净环境、飞轮储能等领域。

高速磁悬浮电机(Bearingless Motors)是近年提出的一个新研究方向,集磁悬浮轴承和电动机于一体,具有自悬浮和驱动能力,不需要任何独立的轴承支撑,具有体积小、临界转速高等特点,更适合于超高速运行的场合,也适合小型乃至超小型结构。

国外自上世纪90年代中期开始进行研究,相继出现了永磁同步型磁悬浮电机、开关磁阻型磁悬浮电机、感应型磁悬浮电机等各种类型。

其中感应型磁悬浮电机具有结构简单、成本低、可靠性高、气隙均匀、易于弱磁升速,是最有前途的方案之一。

传统的电机由定子和转子组成,定子与转子之间通过机械轴承连接,在转子运动过程中存在机械摩擦,增加了转子的摩擦阻力,佼运动部件磨损,产生机械振动和噪声,使运动部件发热,润滑剂性能变差,甚至会使电机气隙不均匀,绕组发热,温升增大,从而降低电机效能,最终缩短电机使用寿命。

磁悬浮技术发展应用与研究现状磁悬浮系统及悬浮控制原理磁悬浮系统主要由间隙传感器、加速度计、磁悬浮电源变换器、悬浮电磁铁和悬浮控制器等组成。

当向电磁铁的绕组中通以一定的电流时，悬浮电磁铁会对浮体产生相应的电磁吸引力。

当产生的电磁吸引力大过被悬浮物体的重力时，浮体就会被向上吸起来，从而实现悬浮。

因此，为了使浮体可以稳定地处于悬浮状态，需要调节电磁铁绕组中的电流的大小，使其产生的电磁吸力的大小等于被悬浮物体重力的大小。

但是由电磁吸引力与重力所构成的平衡是一种不稳定的平衡关系。

这是由于电磁铁和浮体之间的电磁力大小与悬浮间隙大小的平方成反比，即当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越小时电磁吸引力就越大，反之当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越大时电磁力就会越小。

所以外界的扰动来干扰这种平衡时，即便系统只是受到非常微小的扰动，这种平衡状态也会被破坏。

因此，需要设计一个闭环反馈控制系统来对对整个系统实现闭环控制。

间隙传感器可以直接测量出浮体的悬浮间隙的大小，并且将它转变成位移信号；再由控制器存储、变换及运算，并且根据控制器的运算方法产生相应的控制信号；功率放大器会根据接收到的控制信号产生系统需要的控制电压，从而控制电磁铁中的电流，使执行电磁铁产生相应的电磁吸引力。

所以当浮体与电磁铁之间的悬浮间隙发生改变时，需要及时地调整电磁铁线圈中电流的大小，就可以改变电磁力的大小，这样就可以保证被悬浮物体能够稳定地悬浮在平衡位置附近。

因此为了实现磁悬浮系统的可靠性，必须精确控制电磁铁中电流，即电磁铁线圈两端电压的大小，以确保磁场可以保持稳定的电磁强度和相应的电磁悬浮力。

磁悬浮技术的发展与应用1842年，英国物理学家Earnshaw就提出了磁悬浮的概念，同时指出，单靠永久磁铁不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。

1900年初，美国、法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运行的若干猜想，也就是磁悬浮的早期模型，并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。

机电一体化系统集成的研究与研制随着科技的快速发展，机电一体化系统集成已成为现代工业领域中的热门话题。

机电一体化系统集成是将机械、电子、控制、软件等多个领域的知识融合在一起，以实现系统整体最优的一门综合技术。

它在提高生产效率、降低能耗、提高产品品质等方面具有重要作用。

本文将从机电一体化系统集成的概念、研究现状、研究方法以及结论等方面进行深入探讨。

机电一体化系统集成是将机械、电子、控制、软件等多个领域的知识融合在一起的一门综合技术。

它通过对多个领域的知识进行有机融合，以实现系统整体的最优为目标，推动了现代工业的不断发展。

目前，国内外针对机电一体化系统集成的研究主要集中在系统设计、模块组合、信息融合等方面。

其中，系统设计要求在满足功能需求的基础上尽可能地降低成本、提高可靠性；模块组合则需要根据系统整体最优原则进行选型和搭配；信息融合则主要应用在提高系统智能化水平、减少对人工干预的依赖等方面。

在系统设计方面，研究者们致力于优化系统结构、提高系统性能和降低成本。

例如，采用新型的传动机构、优化机械零部件的设计以提高系统的传动效率和减小体积。

在模块组合方面，研究者们于如何根据系统的需求，选择合适的模块进行搭配，以实现系统的最优性能。

同时，在信息融合方面，研究者们借助人工智能和计算机视觉等技术，对系统进行智能控制和提高系统的自动化水平。

针对机电一体化系统集成的研究，目前主要采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法。

其中，理论分析可以帮助我们更好地理解系统的结构和功能原理，而数值模拟和实验研究则可用来进行具体的设计和优化。

具体来说，研究者们首先通过对系统进行理论分析，建立相应的数学模型，以便更好地了解系统的性能和特点；接着，利用数值模拟方法对系统进行仿真分析，找出系统可能存在的问题并进行优化；通过实验研究对系统进行实际测试，验证系统的性能和可靠性。

本文通过对机电一体化系统集成的研究和研制，得出以下机电一体化系统集成是将机械、电子、控制、软件等多个领域的知识融合在一起的一门综合技术，具有实现系统整体最优的重要作用；目前，国内外针对机电一体化系统集成的研究主要集中在系统设计、模块组合、信息融合等方面，其中系统设计要求在满足功能需求的基础上尽可能地降低成本、提高可靠性，模块组合则需要根据系统整体最优原则进行选型和搭配，信息融合则主要应用在提高系统智能化水平、减少对人工干预的依赖等方面；针对机电一体化系统集成的研究，目前主要采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，其中理论分析可以帮助我们更好地理解系统的结构和功能原理，而数值模拟和实验研究则可用来进行具体的设计和优化；通过对机电一体化系统集成的研究和研制，可以为今后机电一体化系统集成的发展提供一些参考意见。

磁悬浮列车悬浮控制器设计摘要:本文旨在实现磁悬浮列车的悬浮控制。

首先,根据单电磁铁模型、反馈控制算法等理论研究,对悬浮控制进行了可行性分析。

通过建立单电磁铁悬浮模型,分析得出了磁悬浮系统的传递函数,并选取PID算法作为核心的反馈控制算法。

其次,围绕数字化悬浮控制的工程实现展开探讨。

提出了数字悬浮控制器的软硬件设计方案。

该数字悬浮控制器采用两片DSP处理芯片,并整合了若干外围模块,可完成信号的采集、控制算法的执行和控制信号的发生,具备较强的控制性能。

关键词:磁悬浮悬浮控制单电磁铁模型数字控制器DSP1 单电磁铁悬浮系统模型磁悬浮列车磁转向架的两侧分别安装了由四个电磁铁组成的模块,每个模块的运动方式有六个自由度[5]。

对系统进行解耦,可以得到单个电磁铁悬浮系统的模型。

对其单独实施控制,便可实现对整个系统的复杂运动的控制。

1.1 单电磁铁模型的建立经分析,单电磁铁悬浮动态模型原理图如图1所示。

(1)由磁场储能方程及电磁力与磁场能量关系的方程,得电磁吸引力F(i,c)的表达式为:闭环特征方程为1+D(s)G(s)=0,可利用极点配置法,按照控制要求设计出PID控制器D(s)中各个环节的参数。

但采用极点配置或最优控制理论设计出的PID参数往往和实际值有偏差,所以要确定最优的PID控制的参数,还需要现场整定。

2.2 数字PID控制器设计数字悬浮控制器因其运算速度快、编程灵活等优点,被广泛应用。

数字PID控制算法应运而生。

由于数字PID位置型算法涉及到累加运算,需占用较多的存储空间,因此,本设计选用数字PID增量型控制算法,增量型控制算法的优势在于:(1)无需做累加计算。

（2)不会产生大量的累计误差。

其表达式如下:2.3 数字PID控制器的改进在设计数字PID控制器时,只有充分发挥DSP运算速度快、逻辑判断能力强,编程灵活等优势,才能在控制性能上超越模拟控制器。

传统的PID控制是单反馈控制,虽然能使系统达到无静差控制,但往往无法兼顾快速响应和静态稳定性。

产业观察Industry Observation2017.08数字通信世界431 引言自古以来，使物体在空中处于无接触悬浮状态一直是人类无法企及的梦想。

但随着电子通信、系统控制、电气工程、电磁学和材料力学的研究进一步深入，人类利用磁悬浮技术已经实现了这一梦想。

磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。

目前来说，人类利用磁悬浮技术已经实现了许多应用，如磁悬浮轴承、磁悬浮列车、磁悬浮工作台等。

本文针对磁悬浮技术，提出了该技术的原理及特点，并根据其特点分析了它在工业及工程上的应用，并进行了展望。

2 磁悬浮原理及其特点磁悬浮技术原理及其应用纪 源（南京金陵中学，南京 210007）摘要：磁悬浮技术是一门多学科交叉，并具有良好发展前景的学科。

随着电子通信、系统控制、电气工程、电磁学和材料力学的研究进一步深入，磁悬浮技术目前来说已经广泛的应用与各个领域内，如航空航天、精密仪器、轨道交通等。

本文针对磁悬浮技术，提出了该技术的原理及特点，并根据其特点分析了其在工业及工程上的应用，并相应地作出了展望。

关键词：电磁学；磁悬浮技术；应用doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.018中图分类号：TM57 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2017）08-0043-02变化，从而使电磁铁周边产生磁场，通过控制器，使悬浮体受到的磁力与其重力相等，从而使悬浮体在空中悬浮。

并且，假设因为某种原因，悬浮体在平衡位置处出现了微小的扰动，偏离了平衡位置。

此时，由位置传感器检测出悬浮体偏离的位移大小，并将该数据通过控制器的微处理器转换为控制信号，再通过功率放大器将该控制信号转换为控制电流，根据位移的方向和大小确定控制电流的大小，经过多次迭代微调，从而迫使悬浮体返回原来的平衡位置。

由该原理可以看出，无论悬浮体的扰动位移方向是朝下还是朝上，它均能通过控制系统处于平衡状态[1]。

开放性试验：《磁悬浮原理实验仪制作及PID控制》试验报告实验内容：学生通过磁悬浮有关知识的学习，根据已有的试验模型，设计出磁悬浮实验仪器，并进行制作，进而在计算机上用PID技术进行调节和控制。

难点：PID控制程序的编写及调试。

创新点：该实验以机械学院数控所得科研成果为依托，以一种新颖的方式，用磁悬浮小球直观的展示了PID控制理论的应用。

该仪器构造简单，成本低廉。

此实验综合应用了电磁场、计算机、机械控制等相关知识，具有一定的研究创新性特点。

该仪器有望成为中学物理实验仪器，和高校PID 控制实验仪器。

关键问题1.悬浮线圈的优化设计2.磁悬浮小球系统模型3.磁悬浮小球的PID控制电磁绕组优化设计小球质量：钢小球质量：15~20g小球直径：15mm悬浮高度：3mm要求：根据悬浮高度、小球大小、小球重量设计悬浮绕组绕组铁芯尺寸、线圈匝数、额定电流、线径。

电磁绕组优化设计：由磁路的基尔霍夫定律、毕奥-萨格尔定律和能量守恒定律，可得电磁吸力为：式中：μ0——空气磁导率，4πX10-7H/m ； A ——铁芯的极面积，单位m2； N ——电磁铁线圈匝数；z ——小球质心到电磁铁磁极表面的瞬时气隙，单位m ； i ——电磁铁绕组中的瞬时电流，单位A 。

功率放大器中放大元器件的最大允许电压为15V 。

为了降低功率放大器件上的压力差，减少功率放大器件的发热，设定悬浮绕组线圈电压该值为12V 。

约束条件：U ＝12V 电流、电压与电阻的关系电阻：L ——漆包线的总长度/m S ——漆包线的横截面积/m2d ——线径的大小/mε是漆包线线的电阻率，查表可知： ε＝1.5*1.75*e-8，单位：Ω*m根据线圈的结构，可以得出漆包线的总长度为：2202⎪⎭⎫⎝⎛-=z i AN F μUi R=L R Sε=214S d π=11()ni L L a id dπ==+∑ 线圈的匝数为：综上所述，电磁力为：在线圈骨架几何尺寸和所加的电压固定的情况下，线圈漆包线线径d 越大，漆包线的长度L 越小，电磁力F 越大 。

磁悬浮列车研究及应用磁悬浮列车：未来城市交通理想的模式世界各国的实践证明：要想依靠无限制地扩大城市道路供给系统来解决城市汽车交通问题往往事倍功半，未来的理想交通模式在哪里呢？磁悬浮列车技术的研制成功令人眼界大开，这种集约型的、与环境协调的城市公交系统不愧为人类智慧的结晶。

现在就看这个世界上哪个城市能够先走一步了。

列车悬浮在轨道上磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的高速列车系统，时速可达500千米以上，是当今速度最快的地面客运交通系统。

磁悬浮列车具有速度高、能耗低、噪音小、启动速度快、安全舒适、低污染、维护少等一系列优点。

实验证实，磁悬浮列车在时速500千米速度下，每座位的能耗仅为飞机的1/3至1/2、汽车的70%；安全性是飞机的20倍，轮轨列车的250倍，公路系统的700倍。

日本、德国自60年代以来，已对磁悬浮列车进行了大量的研究和试验，耗资数十亿美元，总体技术已趋成熟。

可是日德迄今迟迟未能投入商业营运。

日本德国抓紧试验德国于1980年建设31.5千米长的试验线，1987年开始载人试验，总共安全运行38万千米。

日本在80年代后期拟定了从东京至大阪长500千米、时速500千米的磁悬浮列车运营线计划，后建成了长18.4千米的山梨试验线，无人行驶时，时速为550千米，有人行驶时，时速达531千米，效果良好。

在东京以西一条长18千米的试验轨道上，磁悬浮列车每天都在行驶。

它的名字叫作Maglevs，即Magnetic Levitation（磁悬浮列车）的简称。

磁悬浮列车集先进电脑控制、低温学及超导磁铁的技术于一身，以求达致超高速的旅程。

在一次示范行驶中，由日本铁道技术研究学院开设的山梨试验中心总经理鹤贺齐说，该中心消耗将近40年时间、投入3000亿日元（约合28亿美元）政府资助金及进行了10万千米试验路程作为有关技术的研究，现已证实利用磁悬浮列车技术作为商业客运工具是可行的。

现在，他们更有应用和发展的机会：日本政府正考虑开设往来东京和大阪的第二条铁路，以应付日本最繁忙行车线的需求，因为每天穿梭上述两大城市的新干线火车已经到达饱和的状态。

磁悬浮列车控制技术的研究与应用磁悬浮列车是一种运行于磁浮轨道上的高速列车，它利用磁悬浮技术实现了车体与轨道之间的非接触式运行，因此具有高速、平稳、安全等优点。

随着科技水平的不断提高，磁悬浮列车也得到了越来越广泛的关注和应用。

其中，磁悬浮列车控制技术是保证磁悬浮列车安全、稳定运行的关键技术之一。

本文将从磁悬浮列车控制技术的研究和应用两个方面，探讨磁悬浮列车控制技术的发展及其应用前景。

一、磁悬浮列车控制技术的研究磁悬浮列车控制技术是指通过控制磁悬浮力、牵引力和制动力等运动参数，实现磁悬浮列车在轨道上稳定、安全地运行的技术。

在磁悬浮列车控制技术的研究中，主要有以下几个方面:1. 磁悬浮系统建模磁悬浮系统建模是磁悬浮列车控制技术的基础。

磁悬浮系统的建模包括对磁浮列车运行状态、磁悬浮力、牵引力、制动力等参数进行分析和建模。

通过对磁悬浮列车的系统结构和控制模型进行建模和仿真分析，可以为磁悬浮列车的控制系统设计提供基础数据和理论支持。

2. 磁悬浮列车的运动控制磁悬浮列车的运动控制是磁悬浮列车控制技术的核心问题。

磁悬浮列车的运动控制主要包括磁悬浮力的控制、列车速度的控制、车体姿态的控制等方面。

通过对列车的运动参数进行控制，可以实现磁悬浮列车在高速、高效、安全的运行状态。

3. 磁悬浮列车的动力学建模与控制磁悬浮列车的动力学建模与控制是磁悬浮列车控制技术的重要研究方向。

磁悬浮列车的动力学建模和控制主要是针对列车的牵引力和制动力进行研究，通过对列车动力系统的建模和控制，可以保证列车在不同速度下的运行稳定性，实现列车运行的高速、高效、安全等特点。

二、磁悬浮列车控制技术的应用磁悬浮列车作为一种高速交通工具，可以在城市间、地区间、国家间等各个层次得到广泛应用。

磁悬浮列车控制技术的应用，主要体现在以下几个方面：1. 公共交通随着城市化进程的不断加速，城市的公共交通需求也越来越大。

磁悬浮列车的高速、高效、安全等特点，可以满足城市公共交通的需求。

基于磁悬浮技术的高速列车控制与运行研究一、引言随着科技的不断发展，基于磁悬浮技术的高速列车逐渐成为了人们认可的一种交通工具。

相比传统的有轨列车，磁悬浮列车具有更高的运行速度、更优秀的能效、更大的运行里程以及更低的噪音污染等优点，尤其适用于高速介质的运输。

因此，磁悬浮列车已经成为了目前世界上高速交通系统的重要组成部分。

二、磁悬浮技术的基本原理磁悬浮技术是一种根据磁效应原理，使列车通过于车体上方的磁场悬空的交通运输方式。

这种交通方式主要利用了列车车体上自带的超导磁体和轨道上安装的线圈互相作用的原理。

列车车体上的超导磁体先通过一定的工艺处理，在车体运动状态下，能够自带永久磁铁的磁场。

轨道上通过电气线圈通电，使得两者之间形成相互作用的力力磁场，进而悬浮列车以实现高速运输。

三、磁悬浮列车控制原理磁悬浮列车主要受到空气阻力，列车重心重心以及磁场的作用，控制磁悬浮列车的运输是一项非常复杂的任务。

该技术上的复杂性主要分为以下两个主要部分：（1）列车的控制。

磁悬浮列车的控制主要包括对列车的速度、刹车系统、悬挂系统、动力系统、未来列车等等的控制。

针对于高速运输这个状况，对于列车运行规律进行掌握和研究是十分重要以及需要的，这对于节省能量、提高能效是具有重大意义。

（2）轨道的移动控制。

除了列车本身的控制之外，轨道的安全控制也是非常重要的一环。

利用轨道上的传感器和磁支承控制系统定位轨道位置，可以减少发生轨道偏移和提高列车的运作安全。

这对于高速列车自身的以及周围环境的安全都具有很大的保障作用。

四、磁悬浮列车的运输特点高速列车是一种非常优秀的高速交通方式，其运输特点主要包括以下几个方面。

（1）运输速度高。

磁悬浮列车的运输速度一般在430至500公里/小时左右，可非常快速地前往目的地。

（2）具有明显的能效优势。

利用磁悬浮技术的列车采用了非常先进的技术，能够大功率地将不稳定电能转换成高性能动力。

相比之下，传统有轨电车和燃油车辆一比，其能效比明显提高了不止一倍。

磁浮列车技术的研究及应用磁浮列车是一种利用磁浮力驱动列车运行的高速交通工具。

磁悬浮技术是当今世界上最现代化的交通工具之一，其运行速度可达数百公里/小时，行驶平稳舒适，且无污染、低噪音等优点。

作为未来城市交通系统的发展方向之一，磁浮列车的技术研究和应用已成为全球关注的热点。

磁浮列车技术的研究磁浮列车技术研究首先需要解决磁浮力的产生和控制问题。

磁浮力是指由电磁场产生的上下向力，可以将列车浮在轨道上。

为此，必须在列车和轨道之间安装磁浮装置，使电磁效应形成稳定的浮力，以达到列车悬浮的效果。

目前，有两种磁浮技术被广泛应用：电磁吸引力和电磁斥力。

电磁吸引力磁悬浮技术将列车和轨道之间的电磁相互作用转化为浮力，使列车可以靠近轨道表面运行，产生类似于正常铁轨上的摩擦力。

该技术的优点是结构简单，缺点是浮力较小，速度相对较低，不太适合高速列车运行。

电磁斥力磁悬浮技术则是利用轨道上的磁铁和列车体中的电磁铁相互作用，产生稳定的浮力，并形成类似于正常铁轨上的支撑力，不仅能够保持列车悬浮状态，还可以改变列车运行方向。

该技术的优点是结构复杂，但浮力、支撑力和速度都比电磁吸引力磁悬浮技术更优秀。

除了磁浮力的产生问题，磁浮列车技术的研究还需要解决制动和转向等问题。

磁浮列车的速度非常高，如果制动不及时，将会产生严重后果。

因此，制动系统需要能够快速响应并停止列车。

此外，磁浮列车还需要实现精确转向，以确保列车保持平衡、不偏离轨道。

这些技术问题的解决将有效提高磁浮列车的安全性、平稳性和运行效率。

磁浮列车技术的应用磁浮列车技术的应用已经开始在全球范围内展开。

日本和德国是磁浮列车技术研究和应用最成功的两个国家。

其中，日本的JR 集团已经将技术推向商业运营阶段，开发了数条连接东京和各地的磁浮列车线路，如在中央新干线上开发的"Linimo"线路，该线路全长9.4千米，最高速度可达100公里/小时。

德国的磁浮列车技术没有在商业运营中得到广泛应用，但是德国政府对其技术研究和推广投入巨资，使其成为了世界上最准确、最高速、最安全的磁浮列车之一。

中低速磁浮列车悬浮控制策略研究综述王成杰; 伍星; 张静; 陈涛【期刊名称】《《电气自动化》》【年(卷),期】2019(041)005【总页数】4页(P1-3,56)【关键词】磁浮列车; 悬浮系统; 线性控制; 非线性控制; 控制性能【作者】王成杰; 伍星; 张静; 陈涛【作者单位】西南交通大学电气工程学院四川成都 611756; 长沙市轨道交通运营有限公司湖南长沙 410200【正文语种】中文【中图分类】U2370 引言早期国外学者研究磁浮列车悬浮系统控制技术一般采用超前-滞后补偿经典控制理论，保持悬浮电磁铁动态地稳定在一个设定的气隙值上。

采用这种方法能够使列车悬浮轨和磁极之间产生一个稳定的磁浮间隙，但对载人车辆所要求的阻尼、稳定裕度和抗扰动等性能是不够的[1]。

目前磁浮列车悬浮控制模型采用单电磁铁悬浮系统动态控制，以其线性化后的模型为基础，应用经典控制理论——PID控制进行设计,但是存在鲁棒性差、稳定裕度小等缺点。

为解决上述问题，国内外学者提出一系列悬浮控制算法，包括模糊控制、鲁棒控制、神经网络控制、滑模变结构控制、最优控制以及自适应控制等一系列的现代控制方法。

列车磁浮控制研究过程复杂,环环相扣，为说明其关键环节，建立如图1所示的研究流程。

图1 悬浮控制研究流程首先需要根据磁浮列车悬浮系统建立合适的悬浮控制模型,确定控制对象和目标之后设计相关的测量系统；接着按照实际悬浮系统的相关参数和控制目标设计控制结构；然后设计充分考虑实时性、鲁棒性等控制算法，控制算法是整个主动控制的核心,作动器是控制的实现环节，选择时应考虑其时滞对控制效果带来的影响；最后为了验证理论设计的可靠性，要进行严格的试验验证，作为实际应用的保障。

本文针对控制算法研究中的基本理论、研究现状和存在问题(主要从磁浮列车悬浮建模、控制系统结构、控制算法及效果等方面)进行了综述，并从理论探索到实际应用进行了展望。

1 磁浮车辆悬浮控制模型研究1.1 悬浮控制系统构成磁浮列车控制系统主要由五部分组成，包括：悬浮控制器、气隙传感器、悬浮斩波器、悬浮电磁铁和悬浮电源。

«Matlab 仿真技术》 欧阳光明(2021.03. 07) 设计报告 磁悬浮系统建模及其PID 控制器设计电气工程及其自动化11粋班 201110710247 ** 电气信息工程学院完成日期：2014年5月7日题目专业班级学号学生姓名指导教师学院名称磁悬浮系统建模及英PID控制器设汁Magnetic levitation system based on PID controller simulation摘要磁悬浮技术具有无摩擦、无熔损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点，在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用背景。

随着磁悬浮技术的广泛应用，对磁悬浮系统的控制已成为首要问题。

本设讣以PID控制为原理，设计岀PID控制器对磁悬浮系统进行控制。

在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立磁悬浮控制系统的数学模型，并以此为研究对象，设计了PID控制器，确左控制方案，运用MATLAB软件进行仿貞，得岀较好的控制参数，并对磁悬浮控制系统进行实时控制，验证控制参数。

最后，本设讣对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解。

PID控制器自产生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器。

目前大多数工业控制器都是PID控制器或其改进型。

尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现，但PID 控制器还是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点，处于主导地位。

关键字：磁悬浮系统：PID控制器：MATLAB仿真—、磁悬浮技术简介1.概述：磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月。

由于磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。

伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步的研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方而。