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第2卷 第3期 226 一种新的磁悬浮系统建模方法 2007 年 3 月 一种新的磁悬浮系统建模方法 朱晓明1 1,2 1 ，梅雪松 ，张东升 （1.西安交通大学机械工程学院，西安 710049 ； 2. 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049) 摘 要: 针对磁悬浮系统所建模型与实际系统存在较大差异的问题，本文提出一种新的磁悬浮系统建模方法， 即采用线圈参数辨识和实验测量平衡点电流、平衡点位置的方法，建立磁悬浮的电压控制模型。通过仿真与实 验结果相比较，模型与实际系统基本吻合，为磁悬浮系统控制器的研究提供良好的基础。 关键词：磁悬浮系统；建模；仿真 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1673－7180(2007)03 －0226 －5 0 引言 1 磁悬浮球控制实验系统 由于磁悬浮技术具有无摩擦、噪音小、不需要 磁悬浮球控制实验系统是研究磁悬浮的技术平 润滑等特点，近年来，磁悬浮技术已广泛应用于各 台，它具有结构简单、系统评判容易，在研究磁悬 种具有高速、高精度控制以及需要真空、超净加工 浮系统模型，实施各种控制算法方面具有很重要的 环境等特殊的工业领域。如：磁悬浮列车、磁悬浮 作用[3] 。本文自主设计的磁悬浮球系统如图 1 所示， 轴承、磁悬浮隔振器、磁悬浮机床进给平台、精密 它主要由电磁铁线圈、功率放大器、控制器、电涡 光刻定位平台等[1~2] 。 流位移传感器、钢球、电源等元器件组成。 在磁悬浮技术的应用中，使用最多的是电磁铁 磁悬浮系统。该系统具有强的非线性特点，需要采 用闭环控制。通常，电磁铁磁悬浮系统模型的建立 是基于磁路定理，忽略漏磁、边沿效应以及铁磁材 料的磁阻，先获得对象的非线性模型，然后在平衡 位置处对非线性模型进行线性近似，得到一个线性 模型，以此作为分析被控对象和设计控制器的基础。 但是，这种方法由于在计算过程中做了很多假设， 使得结果往往与实际系统的差异较大；而且由于不 可避免的某些物理参数的误差（如线圈匝数），或者 由于某种原因而无法获得全部的磁悬浮系统建模的 图 1 磁悬浮球系统的结构 物理参数，给控制器的设计以及系统性能改善带来 Fig. 1 Frame of magnetic levitation system 了困难。为此，本文构建了一种研究磁悬浮技术的 磁悬浮球系统的工作原理是：电磁铁线圈中通 球磁悬浮控制，在该实验平台上，采用一种简单的 以一定的电流会产生电磁力，控制电磁铁线圈的电 实验方法，避免磁悬浮系统建模中存在的上述问题， 压，使之产生的电磁力与钢球的重量相平衡，钢球 保证所建模型的仿真结果与实验结果的基本性。 就可以悬浮在空中而处于平衡状态。但是这种平衡 基金项目 ：国家自然科学基金） 通讯作者： E-mail ：iehome24@ 第2卷 第3期 2007 年 3 月 中