【正文】 多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都開(kāi)始了磁懸浮系統(tǒng)智能控制器的設(shè)計(jì)，現(xiàn)階段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了模糊控制器的設(shè)計(jì)并已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。同時(shí)由于磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高，對(duì)于很復(fù)雜的控制算法無(wú)法在工程上實(shí)現(xiàn)。就目前工業(yè)應(yīng)用角度而言，主動(dòng)式磁懸浮技術(shù)與混合式磁懸浮技術(shù)占主體地位，主動(dòng)式磁懸浮技術(shù)和混合式磁懸浮技術(shù)中的控制方法是其技術(shù)的核心，控制器的性能直接決定了懸浮體的性能指標(biāo)，例如精度、剛度、阻尼特性、抗干擾能力等。如磁懸浮電機(jī)應(yīng)用在生命科學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)在國(guó)外已研制成功的離心式和振動(dòng)式磁懸浮人工心臟血泵，采用無(wú)機(jī)械接觸式磁懸浮結(jié)構(gòu)不僅效率高，而且可以防止血細(xì)胞破損，引起溶血、凝血和血栓等問(wèn)題。國(guó)外自 90 年代中期開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行了研究，相繼出現(xiàn)了永磁同步型磁懸浮電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻型磁懸浮電機(jī)、感應(yīng)型磁懸浮電機(jī)等各種結(jié)構(gòu) [7]。我國(guó)對(duì)磁懸浮列車(chē)的研究工作比較晚， 1989 年 3 月，國(guó)防科技大學(xué)研制出我國(guó)第一臺(tái)磁懸浮實(shí)驗(yàn)樣車(chē)。 1994 年 2 月 24 日，日本的電動(dòng)懸浮式磁懸浮列車(chē)，在宮琦一段 74km 長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)線上，創(chuàng)造了時(shí)速 431km 的日本最高記錄。另外，磁懸浮隔振器、磁懸浮電機(jī)等相關(guān)技術(shù)也都發(fā)展迅速，進(jìn)入了工業(yè)應(yīng) 磁懸浮技術(shù)的研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 60 年代，世界上出現(xiàn)了 3 個(gè)載人的氣墊車(chē)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它是最早對(duì)磁懸浮列車(chē)進(jìn)行研究的系統(tǒng) [5]。但是，在低速時(shí)由于得不到足夠的懸浮力，限制了磁懸浮小球的 PID 控制 2 這種方式的廣泛應(yīng)用。近年來(lái)隨著稀土材料的普及，該方式將會(huì)更多的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代控制理論和驅(qū)動(dòng)元器件的發(fā)展，方式在工工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。 目前，關(guān)于磁懸浮技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)外都處于快速發(fā)展之中。磁懸浮的作用是利用磁場(chǎng)力使某一物體沿著或繞著某一基準(zhǔn)框架的一軸或幾軸保持固定位置 [1]。在分析磁懸浮系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理的基礎(chǔ)上，建立了磁懸浮小球控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)了 PID 控制器，運(yùn)用 MATLAB 軟件進(jìn)行仿真，得出較好的控制參數(shù)，并對(duì)磁懸浮控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，結(jié)果表明了設(shè)計(jì)方法的有效性。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà) 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類(lèi)課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)院（直屬系）：電子信息工程系 時(shí)間： 20xx 年 2 月 27 日 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 設(shè)計(jì)（論文）題目 磁懸浮小球系統(tǒng)的 PID 控制 主要研 究?jī)?nèi)容 掌握磁懸浮小球?qū)嶒?yàn)裝置的軟、硬件結(jié)構(gòu)，能分析系統(tǒng)的控制特性；理解 PID 控制算法的理論知識(shí)和 PID 控制現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方法；能運(yùn)用 PID 控制算法實(shí)現(xiàn)磁懸浮小球系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě) 2）工程設(shè)計(jì)類(lèi)題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合 國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 中 文 摘 要 本文針對(duì)磁懸浮小球系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 PID 控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)對(duì)磁懸浮小球的控制。 Matlab simulation 目 錄 第 1 章 引 言 ........................................................................................................................ 1 前言 ............................................................................................................................. 1 磁懸浮的分類(lèi)及應(yīng)用前景 ......................................................................................... 1 磁懸浮技術(shù)的研究現(xiàn)狀 ............................................................................................. 2 磁懸浮的控制方法和發(fā)展趨勢(shì) ................................................................................. 3 課題的提出和意義 ..................................................................................................... 4 第 2 章 磁懸浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與建模 ........................................................................................ 7 磁懸浮系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) ............................................................................................. 7 磁懸浮實(shí)驗(yàn)本體 .............................................................................................. 7 磁懸浮實(shí)驗(yàn)電控箱 .......................................................................................... 8 磁懸浮實(shí)驗(yàn)平臺(tái) .............................................................................................. 8 磁懸浮系統(tǒng)工作原理 ................................................................................................. 8 磁懸浮系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 ............................................................................................. 9 控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方程 ...................................................................................... 9 系統(tǒng)的電磁力模型 .......................................................................................... 9 電磁鐵中控制電壓與電流的模型 ................................................................ 10 電磁鐵平衡時(shí)的邊界條件 ............................................................................ 11 電磁鐵系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 .................................................................................... 11 電磁鐵系統(tǒng)物理參數(shù) .................................................................................... 12 第 3 章 控制器設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 13 控制器方案選擇 ....................................................................................................... 13 電 流控制器 .................................................................................................... 13 電壓控制器 .................................................................................................... 13 方案的確定 .................................................................................................... 14 PID 控制器設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 14 PID 控制基礎(chǔ) ................................................................................................. 15 PID 控制參數(shù)整定方法與步驟 ..................................................................... 16 第 4 章 基于 MATLAB 的控制系統(tǒng)仿真 ................................................................................ 19 MATLAB 簡(jiǎn)介 ........................................................................................................... 19 Simulink 介紹 ............................................................................................................ 20 MATLAB 下數(shù)學(xué)模型的建立 ................................................................................... 20 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)仿真 ........................................................................................................... 21 閉環(huán)系統(tǒng)仿真 ........................................................................................................... 22 PID 參數(shù)整定 ............................................................................................................. 26 磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制 ..............................................................