磁悬浮系统主要由间隙传感器、加速度计、磁悬浮电源变换器、悬浮电磁铁和悬浮控制器等组成。当向电磁铁的绕组中通以一定的电流时，悬浮电磁铁会对浮体产生相应的电磁吸引力。当产生的电磁吸引力大过被悬浮物体的重力时，浮体就会被向上吸起来，从而实现悬浮。因此，为了使浮体可以稳定地处于悬浮状态，需要调节电磁铁绕组中的电流的大小，使其产生的电磁吸力的大小等于被悬浮物体重力的大小。但是由电磁吸引力与重力所构成的平衡是一种不稳定的平衡关系。这是山于电磁铁和浮体之间的电磁力大小与悬浮间隙大小的平方成反比，即当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越小时电磁吸引力就越大，反之当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越大时电磁力就会越小。所以外界的扰动来干扰这种平衡时，即便系统只是受到非常微小的扰动，这种平衡状态也会被破坏。因此，需要设计一个闭环反馈控制系统来对对整个系统实现闭环控制。间隙传感器可以直接测量出浮体的悬浮间隙的大小，并且将它转变成位移信号；再由控制器存储、变换及运算，并且根据控制器的运算方法产生相应的控制信号；功率放大器会根据接收到的控制信号产生系统需要的控制电压，从而控制电磁铁中的电流，使执行电磁铁产生相应的电磁吸引力。所以当浮体与电磁铁之间的悬浮间隙发生改变时，需要及时地调整电磁铁线圈中电流的大小，就可以改变电磁力的大小，这样就可以保证被悬浮物体能够稳定地悬浮在平衡位置附近。因此为了实现磁悬浮系统的可幕性，必须精确控制电磁铁中电流，即电磁铁线圈两端电压的大小，以确保磁场可
以保持稳定的电磁强度和相应的电磁悬浮力。
磁悬浮技术的发展与应用
1842年，英国物理学家Earnshaw就提出了磁悬浮的概念，同时指出，单靠永久磁铁不能将一个铁磁体在所有六个自山度上都保持在自由稳定的悬浮状态。1900年初，美国、法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运行的若干猜想，也就是磁悬浮的早期模型，并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。然而，当时山于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段，未提出一个切实可行的办法来实现这一□标。LI前，磁悬浮技术在轨道交通、磁悬浮轴承、高速电机以及军事、教育等军民领域的应用发展己颇见起。
磁悬浮技术在军事、民用两方面得到了广泛的应用，典型的如磁悬浮列车、磁悬挂风洞天平、磁悬浮轴承、飞行器姿态控制磁悬浮飞轮、磁悬浮隔振器等。1986年2月，法国Spot地球资源卫星的姿态控制系统采用了磁轴承飞轮进行姿态控制，得到了精确清晰的图
象，这是世界上第一次磁轴承飞轮在卫星上的应用。在半年之后，日本用H-1火箭发射了名为磁悬浮飞轮实验装置的卫星进行了磁轴承飞轮的空间实验，得到了满意的结果。在礼
炮号空间站与和平号空间站分别采用了磁悬浮球形转子飞轮和磁悬浮陀螺力矩器作为姿态
控制和定向的执行机构。此外，国内外基于磁悬浮技术的主动隔振控制研究也方兴未艾。1）磁悬浮轴承
磁悬浮轴承技术中动子的悬浮是通过电磁力的作用实现的，是一种动子与定子之间无接触的高性能轴承技术。自1972年起，磁悬浮轴承技术在很多领域得到应用，尤其是航空航天及飞轮储能领域。在美国，毕拇等人最先将研制出的混合磁悬浮轴承应用在离心机上时体対刑亂。在法国和瑞典，S2M公司开发了世界上首个应用在高速度机床上的磁悬浮轴承主轴系统。中国在磁悬浮轴承技术的研究起步较晚，1990哈尔滨工业大学首次实现了磁悬浮轴承的平稳悬浮。但是，磁悬浮轴承技术在实际应用方面还有许多理论与技术难题亟待解决。
2）磁悬浮高速电机
磁悬浮高速电机具有自悬浮、驱动特性，是一种将磁悬浮轴承与电机结合的应用，是近年新兴的研究方向。在国外，研发人员根据磁悬浮高速电机在超高速运转的情况下仍然可在超小型结构中运行的特性，成功将其应用在在医学及生物科学等领域，为人类在医学方面带来了深远的意义。此外，磁悬浮高速电机在中央空调、高速离心机、机车传动、风力发电等设备上的应用也非常广泛。
3）磁悬浮列车
大众自造磁悬球形车
磁悬浮列车凭借其速度快、功耗低、无污染等优点，已经在一些国家得到较快地发展。磁悬浮列车技术起源于德国，日本的发展也较为领先。我国磁浮列车研究起于20世纪八九十年代。进入20世纪，国内磁浮轨道交通技术的研究发展较为迅速。U前国内对于中低速磁浮列车悬浮控制的研究已经比较成熟，近年来所做的工作主要是巩固中低速磁浮系统的稳定性与安全可靠性，攻关高速磁浮列车的关键技术。国家十四五规划中再次针对磁悬浮列车做了重点的部署与规划，相信结合我国U前市场需求和磁浮列车的优势，必将掀起对磁浮技术研究与磁浮列车发展应用的新高潮。
4）磁悬浮技术创新与应用
磁悬浮技术不但为传统领域推波助澜，也为其他新兴领域的发展添砖加瓦。随着精准微型系统的发展，磁悬浮隔振技术也在为航空航天、超精加工、精密仪器振动防护等领域的发展提供技术保障与支持；利用磁悬浮原理开展火箭撬滑轨的技术研究将能够大幅节省火箭撬实验的成本费用；基于磁悬浮技术的风洞天平可为我军高超声速武器装备的研发与测试提供有利条件；在民用方面，磁悬浮技术也已广泛应用于创意广告、产品展示、兴趣教学等诸多领域。相信随着科研人员的技术攻关与持续创新，未来磁悬浮技术还会在不同的领域发挥更大的作用。
磁悬浮控制技术国内外研究现状
开展磁悬浮控制系统设计与分析研究，首先需要建立系统数学模型，系统模型可分为线性化模型和非
线性模型，系统控制方法设讣也相应地包括基于线性模型和基于非线性模型的设计方法。具体的控制方法有采用经典控制理论，也有采用现代控制理论进行设计的。近儿年，智能控制理论也被逐步应用到磁悬浮控制系统设计之中。
线性化模型是将系统非线性方程在小范用内线性化，它的优点是控制系统分析和设计简单，缺点是依据此模型设计的控制系统鲁棒性差，抗干扰能力弱。对于磁悬浮系统的控制，模拟PID控制应用比较普遍，传统的模拟PID控制具有较大的相位和增益裕度，其稳定性好，但当被控对象模型参数发生变化或存在不确定因素时，其控制效果将会变差，其至不再稳定。此时就需要专门的技术人员进行参数整定，针对这种情况，出现了PID参数自调整与优化的研究，如文献中利用神经网络来调整的参数，达到了比较理想的控制效果。
以LQG最优控制理论为代表的现代控制理论也被用于磁悬浮控制。但与经典控制理论相比较，它完全依赖于描述被控对象动态特性的精确数学模型，山于在客观实际中不可避免的存在着各种不满足理想假设条件的不确定因素，获得精确的数学模型儿乎是不可能的事悄。因此LQG最优控制理论的应用受到限制。专门分析和处理具有不确定性系统的控制理论一鲁棒控制理论克服了LQG最优控制依靠系统精确模型的缺点，被广泛应用。文献对磁悬浮系统采用非线性鲁棒控制，使得系统取得很好的鲁棒性，并且避免了采用经典控制理论的模拟控制方法时列车形状、结构等发生变化时参数需要再次调整，从而需要花费大量精力和时间的问题。因此，鲁棒控制是磁悬浮控制主要发展趋势之一。
基于非线性模型的控制方法主要有自适应控制、模糊控制及滑模控制等。P.K.Sinha采用了模型参考自适应控制来抑制电磁悬浮的非线性影响，以磁悬浮系统的非线性模型作为可调系统，以某个线性化模型作为参考模型，并以该参考模型的状态和输出作为希望的性能指标。当受到干扰时，将两个系统各自的状态通过比较得到广义误差。自适应控制算法就是要在这种广义误差的作用下修改可调系统的参数，使广义误差的某种性能指标达到极小，从而使磁悬浮模型的状态输出达到和参考模型一致。
文献错误!未到引用源。在反馈线性化模型的基础上设讣磁悬浮控制器，磁悬浮系统模型釆用完全非线性化状态方程描述，故通过反馈线性化得到的模型在很大范围内不受平衡点的影响。结果表明与在平衡点处线性化相比，直接反馈线性化方法不但简化了控制器的设讣，而且可以保证控制器的全局稳定。山于磁悬浮系统很难用准确的数学模型描述，给控制系统设计带来很大的困难，近年来发展起来的模糊理论为控制模型不精确或模型未知的系统提供了有力的工具，模糊控制具有不需要知道被控对象的数学模型，易于实现对不确定系统和强非线系统进行控制，具有较强的鲁棒性，可直接将经验用于控制系统等特点。L.C.Lin 和T.B.Gao等将模糊控制应用于磁悬浮控制，取得了响应速度快、超调量小、鲁棒性强的控制效果。滑模变结构控制是在状态空间设计一超平面，使其满足可达性，即不管系统状态初始位置位于何处，系统运动的轨迹都指向超平面。系统一旦到达超平面，控制作用保证系
统沿超平面趋向系统原点，这一沿超平面趋向系统原点的过程称为滑动模态，正是在这种滑动模态下，系统的特性与被控系统的参数及外来的干扰等没有关系，而只取决于所设汁的超平面，因此，滑
模变结构控制具有很强的鲁棒性，在许多领域中获得了广泛的应用。文献利用滑模控制理论建立磁悬浮控制系统，在滑模变结构控制的作用下，系统具有很强的鲁棒性，对模型误差甚至载荷变化都有较好的适应性，且其结构简单，易于工程实现。
国内开展常导型磁浮列车悬浮控制技术研究的单位主要有中科院电工所、国防科技大学、同济大学、西南交通大学、清华大学、上海交通大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学和浙江大学等。国防科技大学李云钢和常文森教授对磁悬浮列车的模糊反馈控制进行了研究；刘恒坤设计了实时跟踪系统参数改变的自适应控制系统，随着系统结构参数的改变相应地改变控制参数，使得系统的性能始终保持最优或者近似最优。周晓兵等设计滑模变结构控制器并实现了磁悬浮系统的稳定悬浮，且获得了较好控制效果昨未到引用舐。此外，还出现了基因算法与神经网络在磁悬浮控制系统中应用的研究，如多LI标基因算法在线优化调整控制器，以及神经网络辅助下的不平衡补偿，并可结合商业软件实现磁悬浮控制系统的数字化、集成化、模块化和结构化，使得磁悬浮系统更具“柔性”，并向多功能、智能化的方向发展。
振动控制发展概况
所谓振动控制，就是指通过采取一定的控制措施以减轻或抑制系统结构山于动力荷载所引起的反应。该技术在机械、宇航、船舶和土木工程界等领域得到了广泛的应用映林叫用亂。二战后，随着军事工
业、民用工业与空间技术发展，振动控制的研究在理论和应用方面取得了迅速发展；现代振动控制技术是随着现代控制理论的发展而建立起来的，它应用经典的或现代的控制理论，在结构的某些部位设置控制装置，这些装置在结构产生振动时，可以施加一组控制力或调整结构的动力特性，从而显著地减小振动响应，使之满足更高的安全和功能要求。特别是近年来，振动控制系统在大型化、柔性化、智能化、高精度控制等方面取得了长足发展怡泯肚到引川亂。控制振动的一个重要方法就是隔振。将振动隔离元件与被隔振对象相连接所构成的物理系统即为振动隔离系统。山于在基础与被隔振对象之间安装了隔振元件，改变了掘源对系统激励的能量频谱结构，可以有效地避开共振频率，同时隔振元件本身具有耗散能量的作用。因此，通过有效地设计系统的各结构动力参数，隔振系统能够发挥很好的抑振作用，所以在工程实际中得到了广泛的应用。根据是否有源可将振动控制技术分为被动控制、主动控制、半主动控制及主被动相结合的复合控制槪泯体如川派。
被动隔振
被动隔振是在振源与隔振对象之间加入弹性元件、阻尼元件甚至惯性元件以及它们的组合所构成，主要利用弹性元件的缓冲技术，延时暂存冲击能量后缓慢释放；直到上世纪80年代中期，国内外主要采用被动控制技术对振动进行隔离，如钢丝绳减振器、弹簧减振器、油膜减振器、金属丝网减振器、复刚度双橡胶减振器及二级减振技术等柝沐勢用亂。被动
振动控制的主要特点是不需要外部能源、装置结构简单、造价低、性能可靠，但减振效果有限，特别是对含有超低频分量的宽带随机振动，山于无源隔振装置的固有频率不能无限制的降低，因而低频隔振效果并不理想。被动控制从控制机理上可分为基础隔振和耗能吸能减振两大类。1881年日本河和浩藏提出结构基础隔振的概念；1924年日本鬼头健三郎提出结构基础轴承隔振方案。1978年Eidinger提出叠层橡胶支座隔振方法和技术，从此基础隔振进入了蓬勃发展的阶段郴沬姻引用派。基础隔振是国内外研究应用最早的减振方法，发展时间较长，因此它是应用最广泛也是最成熟的一项结构控制技术。基础隔振技术简单、性能可靠，但山于隔振支座需要较大的竖向刚度，因而不能隔离竖向振动狀烯対引用孤。20世纪70年代初，美国的Kelly提出在结构中设置非结构构件的耗能元件一金属软钢屈服耗能器，用来分担和耗散本来山结构构件耗散的能量。这一思想是被动减振技术的一个重要发展，山此形成了结构耗能减振的一个重要方向和沫姻引用亂。
主动隔振控制
主动隔振控制通过实时监测系统外部的振动环境和系统内部的参数变化，将观测到的信息反馈给控制器讣算控制量，驱动作动器对结构施加一定的影响（力或力矩）从而对振动加以抑制与隔离，主动控制尤其适用于超低频和高精度隔振。主动减振控制装置的雏形是20世纪20年代末的电磁阀控制缓冲器，而直到20世纪50年代末60年代初才出现了较复杂的振动主动控制系统。到了70年代，这一研究便进入到广泛探索阶段，并开始在工程领域得到初步应用。80年代后主动控制的研究已经进入蓬勃发展
阶段，不仅取得了丰富的理论研究成果，而且山于其良好的控制效果以及其对不同结构的适应能力强的特点，成功应用于航空航天、土木以及车辆结构的振动控制等领域口，如飞机振颤、航天空间站天线及光学系统的自山振动、建筑与桥梁的风激振动、车辆振动冲击、磁悬浮列车、磁轴承及柔性机械的终端振动等问题口。另外，主动隔振也广泛应用于精密仪器的振动防护。
S.Daleya针对船舶振动控制，将模态测量反馈给控制算法，汁算所需的模态力, 从而为模态增加阻尼呻未列引用浪。BAE系统公司(BAE SYSTEMS)和阿尔斯通(ALSTOM)公司以此为基础开发了被称为选择性阻尼的商业技术，用以降低船体等接收结构的振动水平槪谏林窮川軋。Fi山er等对振动的主动控制进行了系统研究狀!未到引用亂。日本东京大学的Kajiwara等利用台体式结构分别选用压电驱动器和超磁致伸缩驱动器研制了六自山度微振动控制平台，隔振台体的振动加速度可减小到-g 量级错典未砸引蒯Geng等人采用六足机构搭建了一个六自由度的隔振平台，主动控制对56Hz的干扰可获得30dB的减振效果叭未则叫。Zhao针对主动隔振控制系统，提出一种将音圈电机与压电驱动器相结合的新型双级执行机构观冰邛“皿。Lu将基于结构奇异值的综合鲁棒控制理论应用于主动隔振控制系统，用于解决光学超精密仪器隔振系统的不确定度问题郴沬姻引用亂。为使系统在模型不确定性和直接扰动较大的悄况下也能获得期望的性能。Hua为其超精密主动隔振系统设计了一种具有自适应前馈补偿器的滑模控制器叭未丙引用纵。Li提出一种山一对二维弹性和两个复摆组成的低频主动隔振系统，并研究了复摆对地面水平和倾斜振动的响应钳现柚酗用
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