基于PSO-BP-PID单点混合悬浮球控制算法研究

磁悬浮列车是下一代地面绿色交通工具的必然选择，而传统电磁悬浮结构存在悬浮能耗大和发热严重等问题，研究如何有效降低电磁悬浮的能耗问题则显得尤为重要。在传统电磁悬浮结构中引入永磁体能够有效降低列车悬浮功耗，但永磁材料的非线性特性加剧了车辆控制系统的复杂程度，提高了对悬浮控制器精度的要求。以单点混合磁悬浮球作为研究对象，在完善单点混合悬浮球数学模型的基础上，研究基于粒子群优化(PSO)的BP-PID控制算法。以传统单点电磁悬浮球模型为参考，对混合悬浮球系统进行理论模型分析，并简化得出其动力学被控对象。依据该系统的非线性和时滞性特征，设计基于粒子群优化算法的BP-PID控制策略。在仿真环境下，与常见控制算法进行动静态特性对比与分析。研究结果表明：PSO算法有效弥补了BP-PID自身的收敛速度慢、对网络初始权值依赖强及易陷入局部极值的缺陷，PSO-BP-PID控制算法不仅能够提高响应速度、减少超调量，而且在动态性能中也能快速准确跟踪信号，并具备良好的抗扰性和鲁棒性优势。对于磁悬浮技术的学术研究和工程应用具有较好的参考意义，也为磁悬浮技术的工程化推广应用提供了较好的基础算法支撑作用。