磁浮球系统辨识与IMC-PID参数整定方法研究

来源：振动与冲击杂志2025年第10期北京时间：

作者：冯悦昕，张鹏辉，邹晋彬，邓自刚deng@swjtu.cn

单位：1.西南交通大学信息科学与技术学院，成都611756；2.西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室，成都610031

摘要：磁浮球作为典型的电磁悬浮系统，需要准确的理论模型以进行精密控制，因此提出一种基于修正电磁力公式的系统辨识方法及 IMC-PID 控制器，有效提高理论模型的精确度与参数整定的效率。首先，分析了电磁力公式的推导过程，建立了电磁仿真模型，对电磁力–悬浮间隙、偏置电流公式进行了修正。其次，通过采集实际电流对正弦目标信号的响应，确定了在相同电磁力下偏置电流与悬浮间隙之间的关系。使用不同质量的钢球进行上述步骤，即可得到不同电磁力下悬浮间隙与偏置电流对应关系。采用修正后的公式进行拟合，得到磁浮球实物的参数具体值。结合动力学方程，并定义平衡点处的悬浮间隙与偏置电流为位移和控制电流，推导出磁浮球系统的位移、电流刚度及精确传递函数。最后，基于内模控制理论设计 IMC-PID 控制器，通过单个参数计算出 PID 全部参数，并进行了控制仿真与实验验证。实验结果表明，系统辨识得到的理论模型与实物系统的响应高度吻合，验证了系统辨识结果的准确性，IMC-PID 控制器也大大提高了参数整定效率。<br>

关键词：磁浮球；电磁力公式；系统辨识；内模控制