[发明专利]一种基于状态观测器的磁浮列车PID控制方法

说明书

本发明提供了一种基于状态观测器的磁浮列车PID控制方法，其具体步骤如下：1，建立磁悬浮的状态方程并将其线性化；步骤2，采用状态反馈方法使系统稳定并配置极点；步骤3，对被控对象进行可观测性检查及全状态观测器设计；步骤4，基于状态观测器的磁浮列车PID控制参数调试。本发明实现了基于状态观测器的PID控制方法，保证磁浮列车悬浮控制算法的完整运行，该方法简单易行，执行器响应迅速，得到的速度值准确同时列车的控制效果很好。

技术领域

本发明涉及磁浮列车控制，尤其涉及一种基于状态观测器的磁浮列车PID控制方法。

背景技术：

磁浮列车是一种新型高速交通工具，与普通的轮轨式列车不同，它主要依靠电磁力使车体悬浮在轨道上方运行。磁浮列车的车体与轨道可以无接触运行，正因如此列车可以高速运行。

目前关于磁浮列车的悬浮控制研究是在气隙速度可测的前提下进行的，但在一般的磁悬浮控制系统中，气隙速度不能直接测得，导致很多控制算法在实际应用中性能退化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于状态观测器的磁浮列车PID控制方法，保证磁浮列车悬浮控制算法的完整运行，该方法简单易行，执行器响应迅速，得到的速度值准确同时列车的控制效果很好。

一种基于状态观测器的磁浮列车PID控制方法，其具体步骤如下：

步骤1，建立磁悬浮的状态方程并将其线性化；

步骤2，采用状态反馈方法使系统稳定并配置极点；

步骤3，对被控对象进行可观测性检查及全状态观测器设计；

步骤4，基于状态观测器的磁浮列车PID控制参数调试。

所述步骤1，建立磁悬浮的状态方程并将其线性化：

步骤1.1，建立磁悬浮的状态方程：

针对磁浮列车系统，在竖直方向上对其进行动态分析并进行适当简化以后，可以建立如下的动态模型：

式中，x(t)、分别表示悬浮电磁铁与轨道间的气隙、气隙速度和加速度，m表示列车的质量，g为重力加速度常数，F(t)是电磁力，k为常数由磁铁有效面积、线圈匝数等决定，i(t)表示励磁电流。

对于磁浮列车系统，可将动态模型转化为如下状态空间方程：

式中，x₁为气隙，x₂为气隙速度。

步骤1.2，状态空间方程线性化：

对于上述建立的悬浮系统开环非线性模型，为了分析该模型的稳定性，可以依据非线性理论中的一次近似定理，用线性分析的方法来分析非线性问题。

在其平衡点x＝(x₁₀,x₂₀)＝(0.008,0)以及电流平衡点i₀＝24.94处线性化:

定义s₁＝x₁-x₁₀,s₂＝x₂-x₂₀＝x₂，u＝i-i₀，则得到系统在平衡点的线性化状态方程：

其中，

c＝[1 0]

步骤1.3，对被控对象进行可控性、稳定性检查：