磁悬浮系统建模新方法：线圈参数辨识与实验测量

"磁悬浮球控制实验系统" 是一种用于研究和开发磁悬浮技术的简易平台，它由电磁铁线圈、功率放大器、控制器、电涡流位移传感器、钢球和电源等核心组件构成。该系统的主要功能是实现钢球的稳定悬浮，并在此基础上进行控制策略的验证和优化。电涡流位移传感器负责实时监测钢球的位置，为控制系统提供反馈信息，以调整电磁铁线圈的电流，从而维持钢球的平衡。 传统的磁悬浮系统建模方法通常基于磁路定理，通过对非线性模型在平衡点进行线性化处理，得到用于控制器设计的线性模型。然而，这种简化处理忽略了诸如漏磁、边沿效应、铁磁材料磁阻等复杂因素，导致模型与实际系统存在显著偏差。此外，模型建立过程中的物理参数误差，如线圈匝数的不精确，也会对控制效果产生影响。 本文提出的新型建模方法则采取了线圈参数辨识和实验测量相结合的方式。首先，通过实验测量得到电磁铁线圈的特性参数，包括电阻、电感等，以更准确地描述线圈的电磁行为。同时，通过调整输入电流来寻找系统的平衡点，即球体悬浮时电磁力与重力平衡的状态，测量此时的平衡点电流和位置。这样建立的电压控制模型能够更真实地反映系统的动态特性，减少因假设简化带来的误差。 模型的准确性对于控制器设计至关重要。通过将新模型与仿真结果对比，证明了该模型与实际磁悬浮系统的吻合度较高。这一成果为后续的磁悬浮系统控制器设计提供了可靠的理论依据，有助于提高系统的控制性能，如稳定性、响应速度和精度。 本文提出的建模方法解决了传统方法中存在的问题，增强了磁悬浮系统模型的实用性和可靠性，为磁悬浮技术在高速、高精度应用领域的进一步发展奠定了坚实的基础。这种改进对于磁悬浮列车、磁悬浮轴承、磁悬浮隔振器以及精密定位平台等应用的控制策略优化具有重要意义，有助于推动磁悬浮技术的创新和进步。