一种磁悬浮目标控制方法及磁悬浮控制器

本发明涉及计算机，具体而言，涉及一种磁悬浮目标控制方法及磁悬浮控制器。

背景技术：

1、让物体克服地心引力按照人们的意愿进行悬浮，是从古至今无数科学家先辈们的愿望。在前人的探索中，利用磁性材料“同性相斥，异性相吸”的原理使物体悬浮，经过大量的理论和实验验证之后，通过纵向的电磁吸力克服重力让物体保持悬浮的技术诞生，这就是目前的电磁型磁悬浮技术。磁悬浮技术是集电磁学、力学、系统学、信息学等多学科于一体的复杂技术，随着近现代技术的飞速发展，磁悬浮技术也产生了空前的进步，同时也拓宽了磁悬浮技术的应用领域，由于磁悬浮技术可以让物体悬浮，物体间机械摩擦得以很大程度的降低，从而提高陆路交通工具的运行速度，目前最广泛的应用是在磁悬浮列车上；在机械零部件方面，由于可以在减少机械之间的摩擦，大大提高零件的使用耐损性、使用寿命和精密程度，比如目前广泛使用的磁悬浮轴承，磁悬浮电梯、磁悬浮运输管道等。

2、现有技术中，为了实现对磁悬浮系统中悬浮物体的悬浮控制，通常会将传统工业控制中的pid控制器应用于磁悬浮控制中，通过pid控制器确定出磁悬浮系统中的悬浮物体的控制参数，然后基于该控制参数对悬浮物体进行控制。但是在研究中发现，虽然将传统工业控制中的pid控制器应用于磁悬浮控制中能够实现对悬浮目标的控制，但是由于磁悬浮系统相较于传统的工业控制系统具有更加复杂的系统结构，且磁悬浮系统中的磁场本身具有特殊的非线性特性，所以pid控制器难以适应高精度需求和高复杂度的磁悬浮系统，无法对磁悬浮目标进行精确控制。因此，如何实现对磁悬浮目标的精确控制成为了一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁悬浮目标控制方法及磁悬浮控制器，以实现对磁悬浮目标的精确控制。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种磁悬浮目标控制方法，应用于磁悬浮系统中的磁悬浮控制器，所述磁悬浮系统用于对控制目标进行控制，所述方法包括：

3、对所述磁悬浮系统进行数学建模得到所述磁悬浮系统的传递函数；

4、基于所述传递函数和用于对所述控制目标进行控制的初始自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制仿真得到仿真控制结果；

5、基于所述仿真控制结果和控制目标对所述初始自适应可变增益算法进行调参得到目标自适应可变增益算法；

6、基于所述目标自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制。

7、可选地，所述磁悬浮系统还包括电磁铁，所述对所述磁悬浮系统进行数学建模得到所述磁悬浮系统的传递函数，包括：

8、基于所述控制目标的质量和所述电磁铁的面积和线圈电阻构建所述传递函数。

9、可选地，所述基于所述目标自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制，包括：

10、以初始控制电流向所述电磁铁通电使得所述电磁铁产生初始磁力，以使所述控制目标在所述初始磁力的作用下悬浮；

11、根据所述控制目标的实际悬浮高度，利用扩张状态探测器确定出所述控制目标的状态观测值；

12、基于所述状态观测值和所述控制目标确定出目标控制电流；

13、以所述目标控制电流向所述电磁铁通电使得所述电磁铁产生目标磁力，以使所述控制目标在所述目标磁力的作用下悬浮。

14、可选地，所述磁悬浮系统还包括放大器，在以初始控制电流向所述电磁铁通电使得所述电磁铁产生初始磁力前，所述方法还包括：

15、通过所述放大器对所述初始控制电流进行放大。

16、可选地，在以所述目标控制电流向所述电磁铁通电使得所述电磁铁产生目标磁力前，所述方法还包括：

17、通过所述放大器对所述目标控制电流进行放大。

18、可选地，所述基于所述传递函数和用于对所述控制目标进行控制的初始自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制仿真得到仿真控制结果，包括：

19、将所述传递函数和所述初始自适应可变增益算法输入至控制仿真模型中得到所述仿真控制结果。

20、可选地，所述基于所述仿真控制结果和控制目标对所述初始自适应可变增益算法进行调参得到目标自适应可变增益算法，包括：

21、根据所述仿真控制结果和所述控制目标确定出控制误差；

22、根据所述控制误差和预设的误差调整系数调整所述初始自适应可变增益算法中的目标参数；

23、基于调整后的目标参数生成所述目标自适应可变增益算法。

24、第二方面，本技术实施例提供了一种磁悬浮控制器，所述磁悬浮控制器属于磁悬浮系统，所述磁悬浮系统用于对控制目标进行控制，所述磁悬浮控制器包括：

25、数学建模模块，用于对所述磁悬浮系统进行数学建模得到所述磁悬浮系统的传递函数；

26、控制仿真模块，用于基于所述传递函数和用于对所述控制目标进行控制的初始自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制仿真得到仿真控制结果；

27、算法确定模块，用于基于所述仿真控制结果和控制目标对所述初始自适应可变增益算法进行调参得到目标自适应可变增益算法；

28、目标控制模块，用于基于所述目标自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制。

29、可选地，所述磁悬浮系统还包括电磁铁，所述基于所述控制目标的质量和所述电磁铁的面积和线圈电阻构建所述传递函数，包括：

30、基于所述控制目标的质量和所述电磁铁的面积和线圈电阻构建所述传递函数。

31、可选地，所述基于所述目标自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制，包括：

32、以初始控制电流向所述电磁铁通电使得所述电磁铁产生初始磁力，以使所述控制目标在所述初始磁力的作用下悬浮；

33、根据所述控制目标的实际悬浮高度，利用扩张状态探测器确定出所述控制目标的状态观测值；

34、基于所述状态观测值和所述控制目标确定出目标控制电流；

35、以所述目标控制电流向所述电磁铁通电使得所述电磁铁产生目标磁力，以使所述控制目标在所述目标磁力的作用下悬浮。

36、可选地，所述磁悬浮系统还包括放大器，所述磁悬浮控制器还包括：

37、第一电流放大模块，用于在以初始控制电流向所述电磁铁通电使得所述电磁铁产生初始磁力前，通过所述放大器对所述初始控制电流进行放大。

38、可选地，所述磁悬浮控制器还包括：

39、第二电流放大模块，用于在以所述目标控制电流向所述电磁铁通电使得所述电磁铁产生目标磁力前，通过所述放大器对所述目标控制电流进行放大。

40、可选地，所述基于所述传递函数和用于对所述控制目标进行控制的初始自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制仿真得到仿真控制结果，包括：

41、将所述传递函数和所述初始自适应可变增益算法输入至控制仿真模型中得到所述仿真控制结果。

42、可选地，所述基于所述仿真控制结果和控制目标对所述初始自适应可变增益算法进行调参得到目标自适应可变增益算法，包括：

43、根据所述仿真控制结果和所述控制目标确定出控制误差；

44、根据所述控制误差和预设的误差调整系数调整所述初始自适应可变增益算法中的目标参数；

45、基于调整后的目标参数生成所述目标自适应可变增益算法。

46、第三方面，本技术实施例提供了一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述第一方面中任一种可选地实施方式中所述的磁悬浮目标控制方法的步骤。

47、第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面中任一种可选地实施方式中所述的磁悬浮目标控制方法的步骤。

48、本技术提供的技术方案包括但不限于以下有益效果：

49、本技术首先针对磁悬浮目标进行数学建模，由于电磁铁的加入，使得建模的过程变得复杂化。随着悬浮气隙值的变化，所需的电磁力大小会受到材料的限制和自身参数等影响。悬浮力不仅不和电流的平方成正比关系，而且也不与悬浮气隙的平方成反比关系。通过对这种非线性磁悬浮系统进行线性化处理，主要借助于泰勒公式在磁悬浮系统的平衡点处进行展开，并对高次项进行忽略，以此完成其线性化处理。

50、然后基于数学建模结果和用于对控制目标进行控制的初始自适应可变增益算法对所述控制目标进行控制仿真得到仿真控制结果，再基于所述仿真控制结果和控制目标对所述初始自适应可变增益算法进行调参得到目标自适应可变增益算法，能够实现参数的自适应优化和精细化调整，得到能够对控制目标进行精确控制的控制算法。

51、最后基于上述得到的控制算法对控制目标进行控制，能够实现综合磁悬浮系统的高复杂度和非线性的特性对控制目标进行精确控制。

52、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。