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關(guān)于磁懸浮技術(shù)的研究與開發(fā)在國內(nèi)外均處于迅速發(fā)展中。磁懸浮從原理上來說并不難理解，但是真正將其應用于產(chǎn)業(yè)卻是近幾年才開始的。懸浮系統(tǒng)在現(xiàn)代社會生活中有著非常多的應用場景，如磁懸浮列車和磁懸浮軸承。

但是懸浮間隙高度的不穩(wěn)定狀態(tài)嚴重影響并且抑制了磁懸浮產(chǎn)品的開發(fā)應用。因此，對于磁懸浮系統(tǒng)懸浮間隙高度的不穩(wěn)定狀態(tài)有必要進行控制算法上的優(yōu)化。經(jīng)典的磁懸?。ㄈ鐔吸c懸浮球）系統(tǒng)主要由懸浮球、電磁鐵、傳感器和安裝支架等構(gòu)成。其不穩(wěn)定狀態(tài)主要是因為懸浮球的實際懸浮間隙高度不是一個恒定值，與設定的參考值相比較，一直處于一個不斷變化的狀態(tài)，如果變化得過于劇烈，系統(tǒng)就會很不穩(wěn)定。

目前對于懸浮系統(tǒng)有很多種控制算法已被應用于仿真階段，如比例積分微分（proportion integration differentiation, PID）控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法和滑?？刂扑惴?。

• 有學者利用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習功能在傳統(tǒng)PID控制器的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種自適應PID控制器，提高了懸浮球懸浮和抗干擾效果。
• 有學者在常規(guī)PID控制的基礎(chǔ)上，通過模糊控制算法對PID的參數(shù)進行整定，使系統(tǒng)達到更好的控制效果。
• 有學者提出了一種基于模糊滑模觀測器的磁懸浮高速永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法，通過模糊控制調(diào)節(jié)滑模觀測器的滑模增益，以實現(xiàn)低速抖振抑制。

由此可見，每種算法都各有其優(yōu)點和缺點：PID控制算法結(jié)構(gòu)非常簡單明了，響應時間也較快，但是對于高精度控制和高穩(wěn)定性控制則無法滿足要求；智能控制算法控制效果不錯但其收斂時間相對較長，也無法用于工程實踐；滑模控制響應時間和控制效果均比較良好，但因其自身原理，在非連續(xù)切換時會引起劇烈抖震。因此很有必要將各種算法的優(yōu)點結(jié)合起來，通過一種算法的優(yōu)勢來彌補另一種算法的不足。

江西理工大學電氣工程與自動化學院的研究人員，對單點懸浮球系統(tǒng)采用精簡和理想化的方法，通過數(shù)學推導獲得一個與其相對接近的數(shù)學模型，將這個模型作為所研究控制算法的被控對象，分別使用PID算法以及基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑?？刂扑惴?，對被控對象進行懸浮間隙高度的仿真實驗。通過仿真實驗對比，來證實基于徑向基函數(shù)（radial basis function, RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑模算法的突出性。

圖1 固高懸浮儀主要工作原理示意圖

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

研究者最后得出結(jié)論如下：

• 1）RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑?？刂平Y(jié)合了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡相對較強的函數(shù)逼近能力和滑?？刂茖Σ淮_定對象良好的魯棒性及系統(tǒng)響應快、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，彌補了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡智能算法的不足之處。但滑?？刂茣驗椴贿B續(xù)的開關(guān)特性而引起系統(tǒng)的抖震，本文通過使用等速趨近率的方法來進行抑制。通過算法設計出了將兩者集合起來的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑模控制算法。
• 2）通過與傳統(tǒng)經(jīng)典PID控制算法初始同時給定固定參考值輸入的仿真結(jié)果比較，能夠明顯地得出結(jié)論，固高懸浮儀設定的懸浮間隙在給定固定參考值的信號下，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑?？刂凭哂懈斓捻憫獣r間、更小的超調(diào)量以及更加平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。
• 3）通過與傳統(tǒng)經(jīng)典PID控制算法同時給定一個階躍干擾信號的仿真結(jié)果比較，能夠明顯地得出結(jié)論，固高懸浮儀設定的懸浮間隙在給定一個階躍干擾信號后，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑模控制在受到干擾后產(chǎn)生的波動影響更小，恢復穩(wěn)定狀態(tài)所用的時間也更短，系統(tǒng)在遇到干擾時相對表現(xiàn)的狀態(tài)更加穩(wěn)定。
• 4）通過與傳統(tǒng)經(jīng)典PID控制算法同時給定一個正弦信號輸入信號且對比其跟隨性的仿真結(jié)果（如圖6所示），能夠明顯地得出結(jié)論，固高懸浮儀設定的懸浮間隙在給定一個正弦信號后，經(jīng)典PID算法的跟隨性能大致上一般，在一定程度上有很大的超調(diào)量；而RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑模控制算法基本能夠很好地跟隨正弦波信號，跟隨效果也遠遠優(yōu)于經(jīng)典PID控制算法。

仿真結(jié)果表明，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑?？刂频姆椒M足固高懸浮儀之類的單點懸浮系統(tǒng)對快速和平穩(wěn)的控制要求。

目前，商業(yè)應用的磁懸浮系統(tǒng)普遍使用經(jīng)典的PID控制，其控制效果并不理想。因此，本文針對經(jīng)典PID算法超調(diào)量大、響應時間長以及抗干擾能力差的問題，基于固高懸浮儀驗證平臺，設計了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應滑?？刂破?。該控制器對固高懸浮儀懸浮效果有著明顯的改進，在響應時間、超調(diào)量?？垢蓴_以及跟隨性上比傳統(tǒng)經(jīng)典PID控制器均有明顯的性能提升。

以上研究成果發(fā)表在2020年第2期《電氣技術(shù)》雜志，論文標題為“徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡補償?shù)膽腋∏驊腋「叨茸赃m應滑模控制”，作者為楊杰、黃晨、石恒。