基于MatLab的磁悬浮球控制系统的设计

对磁悬浮球系统的构成、控制器的设计、软硬件的实现进行了介绍.采用M

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磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术。本文所设计的磁悬浮球控制系统实验平台是一种单自由度的磁悬浮控制平台,单自由度磁悬浮系统具有结构简单,性能评判相对容易,科研周期短,研究成果应用广泛的特点。本实验平台可以使用多种控制器和控制方法,适用于相关人员的研究和实验工作。研究和设计磁悬浮球控制系统实验平台是本文的主要工作,本文在分析磁悬浮球控制系统工作原理的基础上,设计了一套磁悬浮球控制系统实验平台。本文着重介绍了磁悬浮球控制系统实验平台的硬件设计,介绍了包括位移传感器、控制器、功率放大器的设计过程。在此基础上,本文利用MATLAB的实时控制功能(RTW)设计了基于计算机的磁悬浮PID数字控制器。所研制的数字控制器软件设计方法简单、性能稳定、实时调试方便。

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磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命长等一系列优点,在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域具有广泛的应用背景。控制器是磁悬浮系统中的重要环节,其性能与系统的稳定性及各项技术指标有着密切关系。控制器应如何设计才能使系统稳定地工作并达到预期的性能指标是研究磁悬浮系统必须解决的问题。而控制器的核心是控制算法及其实现。对单自由度磁悬浮系统进行研究是研究主动磁悬浮技术的一个有效方法,它是多自由度磁悬浮装置的简化与去耦,在研究各种控制器算法,运用新技术方面具有重要的作用,可以为较复杂系统的设计与调试提供硬件和软件的准备。为了研究一种磁悬浮控制系统快速开发方法和设计一个方便研究复杂控制算法的平台,本文基于MATLAB的快速控制原型开发方法设计了单自由度磁悬浮球系统。本文对单自由度磁悬浮球系统进行分析后,建立其数学模型,确定控制器方案并设计了PID控制器。以快速控制原型技术为基础,提出了基于MATLAB/RTW的快速控...

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磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学等为一体的典型机电一体化技术。当前,进行磁悬浮技术的研究,可以实现各个学科间的交叉与渗透,推动磁悬浮高新技术产品的开发与应用,因而,具有十分重要的理论和现实意义。本论文所研究的磁悬浮球控制系统,是常导型磁悬浮系统的一种,也是研究其它常导型磁悬浮系统的基础。论文介绍了磁悬浮球控制系统的组成,分析了其工作原理。为了便于分析与设计,文中建立了控制系统的数学模型。一方面,从经典控制理论的角度,求出了控制系统的传递函数;另一方面,从现代控制理论的角度,建立了被控对象的状态空间表达式。根据数学模型,文中借助MATLAB/Simulink工具,一方面,对经典的PID控制及其各种改进形式进行了仿真,经过对比仿真的结果,选择积分分离PID控制为系统的第一种备选方案;另一方面,对状态反馈控制进行了仿真,选择状态反馈控制为系统的第二种备选方案。经过对比两种备选方案,选择状态反馈控制为系...

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磁悬浮球系统是一种典型的机电一体化系统。其中的控制器是磁悬浮控制系统中至关重要的一环,控制器性能的好坏直接关系到磁悬浮产品能否应用,因此本论文以磁悬浮球系统的控制器为主,对磁悬浮球控制系统进行了研究。在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上,本文设计了一套磁悬浮球系统,以此系统为研究对象,采用MATLAB软件设计了PID数字控制器,利用MATLAB软件的实时控制功能开发了一套实时控制软件。通过数据采集卡与外部系统相连,实现了以计算机为控制平台的数字控制。同时,实验结果还表明该系统具有很好的远程控制的性能。在实现了线性PID控制稳定悬浮之后,本论文尝试用非线性控制来提高其控制稳定性和鲁棒性,对模糊控制进行了初步理论研究,利用MATLAB软件设计出了以模糊PID为控制器的控制系统,并做了仿真研究。最后,本文对以后研究工作的重点进行了思考,提出了自己的见解。

(本文共60页)

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磁悬浮系统是一个复杂的非线性、开环不稳定系统,其研究涉及控制理论、电磁场理论、电力电子技术以及计算机科学等众多领域。而其中控制器性能的好坏直接影响磁悬浮技术的应用和发展。滑模变结构控制对系统参数的摄动、外界的扰动、系统的不确定性等具有独特、优异的鲁棒性,并且算法简单,一直吸引着诸多学者的研究兴趣。本文针对一套单自由度的磁悬浮球系统进行了滑模变结构控制算法的研究并在此基础上成功实现了磁悬浮球系统的实时数字控制。首先,本文分析了磁悬浮球系统的工作原理并推导了系统的数学模型,包括在平衡点展开的线性模型和接近实际情况的非线性模型。然后介绍了滑模变结构控制算法的基本原理和设计步骤,设计了最佳的磁悬浮球系统的滑模控制器。仿真结果表明,与传统的PID控制相比采用滑模控制器能获得更好的动态性能,并且避免了PID控制中三个参数反复选取的问题,因而更加简便、实效。其次,针对滑模控制中出现的“抖振”问题将模糊控制与滑模控制相结合,设计出基于等效控制的...

(本文共81页)

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