2013年非线性磁悬浮小球系统内模控制：理论与实验验证

本文探讨了"磁悬浮小球系统的内模控制"这一主题，针对非线性不稳定的特点，作者李果和赵志诚针对太原科技大学电子信息工程学院的研究工作，提出了一种创新的控制策略。他们首先通过机理分析法构建了系统的近似线性模型，认识到系统的动态不稳定性，采用PD控制作为反馈内回路进行初步的系统稳定处理。随后，他们针对稳定广义对象设计了内模PID控制器，这种控制器的优势在于能够提供更好的跟踪性能和鲁棒性，即在面对参数变化或外部扰动时，系统仍能保持良好的控制效果。 相比于传统的PID控制，这种方法具有更高的适应性和鲁棒性，无需频繁调整参数。作者对比了内模控制与常规PID控制的仿真结果，结果显示内模控制在稳定性和响应速度上明显优于后者。此外，通过在实际磁悬浮小球系统中的实时控制实验验证了这一设计的有效性，证明了内模控制在解决非线性不稳定系统问题上的有效性。 值得注意的是，磁悬浮小球系统因其本质非线性和动态特性，对控制算法有很高的实时性要求。文中提到，尽管先前的研究如PID控制、自适应PID、模糊控制和鲁棒控制等都有所贡献，但它们各自存在局限性。例如，PID控制参数整定繁琐，自适应控制算法复杂，模糊控制规则设定不易，而鲁棒控制则面临模型不确定性挑战。变结构控制器和反推滑模控制器虽能应对这些挑战，但依赖于滑模面和控制律设计的合理性，不当选择可能导致系统振荡。 内模控制作为一种先进的控制技术，通过内置系统模型来实现对内部动态行为的补偿，从而提高系统的稳定性和控制精度。这种方法不仅简化了参数调整，还提高了系统的动态性能，是解决非线性不稳定磁悬浮小球系统控制问题的一种有效途径。整体而言，本文的工作对于提升磁悬浮小球系统的控制性能和鲁棒性具有重要的理论和实践意义。