【正文】 從導(dǎo)師那里學(xué)到的不僅僅是專業(yè)知識(shí)，更重要的是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任感及和藹熱情的品質(zhì)。然后，根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)作開(kāi)環(huán)和閉環(huán)進(jìn)行仿真。 校正后跟軌跡圖 此時(shí)。 bode圖,穩(wěn)態(tài)性能明顯不滿足，需要將開(kāi)環(huán)增益大小向上提升。因此，頻率特性有以下兩種作圖表示方法：極坐標(biāo)圖，又稱為幅相圖、奈奎斯特圖；對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，又稱為波德圖。另外，還可以用的模和幅值來(lái)表示為 ()式中，為的幅值； ，為的相位。第三節(jié) 頻率響應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)和調(diào)試一、頻率響應(yīng)法的基本概念和分析當(dāng)輸入信號(hào)是階躍信號(hào)或脈沖信號(hào)時(shí)，常采用響應(yīng)曲線分析方法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。結(jié)合上面所畫(huà)圖形，需要使得每條根軌跡都要存在于s左半平面，因此，首先添加一新零點(diǎn)將根軌跡往左移動(dòng)：那么，可以增加一補(bǔ)償裝置。其結(jié)果是系統(tǒng)穩(wěn)定性得到改善，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變好，系統(tǒng)的平穩(wěn)性得到滿足。在設(shè)計(jì)線性控制系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求確定可調(diào)整參數(shù)以及系統(tǒng)開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)的位置，即根軌跡法可以用于系統(tǒng)的分析和綜合。 ?調(diào)節(jié)比例系數(shù)Kd，使增快系統(tǒng)響應(yīng)速度，減小系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間Kp=（Ki=,Kd=） Kp=（Ki=,Kd=） Kp改變的階躍響應(yīng)圖?調(diào)節(jié)參數(shù)Ki，使更快的消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差Ki=（Kp=,Kd=） Ki=（Kp=,Kd=） Ki改變的階躍響應(yīng)圖?調(diào)節(jié)參數(shù)Kd，以保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能Kd=（Kp=,Ki= Kd=（Kp=,Ki=） Kd改變的階躍響應(yīng)圖、圖4和圖5可知，Kp越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，可減少系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間；Ki越大，系統(tǒng)靜差消除越快；Kd能有效地減少超調(diào)。 ?加入積分環(huán)節(jié) 如果只用比例控制，系統(tǒng)的靜差不能滿足要求，則只需加入積分環(huán)節(jié)整定時(shí)，先將比例系數(shù)減小10％—20％，以補(bǔ)償加入積分環(huán)節(jié)作用而引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，然后由大到小調(diào)節(jié)Ki ，在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下消除靜差。根據(jù)理論可知： 從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來(lái)考慮，各參數(shù)的作用如下： ?比例系數(shù)Kp的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。而PID控制方案由于它的靈活性和適應(yīng)性很強(qiáng)，在工程上更加易于實(shí)現(xiàn)。數(shù)字PID控制由于數(shù)字處理器只能計(jì)算數(shù)字量，無(wú)法進(jìn)行連續(xù)PID運(yùn)算，所以若使用數(shù)字處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)PID算法，則必須對(duì)PID算法進(jìn)行離散化。其控制規(guī)律為： ()或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式 ()式中，Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)，Td為微分時(shí)間常數(shù)[15]。那么。 開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)仿真圖，此系統(tǒng)是一開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)，當(dāng)有一微小擾動(dòng)時(shí)，小球?qū)⑵x平衡位置。綜上所訴，描述磁懸浮系統(tǒng)系統(tǒng)的方程可完全由下面方程確定。根據(jù)電磁場(chǎng)能量公式可得： ()將式()代入式()并取偏導(dǎo)得到電磁力表達(dá)式如下： ()假設(shè)鋼球重力方向?yàn)檎较?，根?jù)受力平衡有： () 將式()代入式()得： ()假設(shè)鋼球在平衡位置時(shí)x＝X，i＝I，則有如下關(guān)系成立： ()由式()可以看出，對(duì)于給定的電流，鋼球的懸浮位置X也為一確定值，整理式()可得偏置電流： () 已知x＝，I＝將電磁力方程在平衡位置處泰勒展開(kāi)，略去高階項(xiàng)得到線性化方程如下 () 其中， ()將電磁力方程式()代入式()可得： () 從而有以下方程成立： ()把式()代入式()得出線性化以后的方程： ()根據(jù)平衡方程 ，可得到： ()將式()代入式()得： () 該式即為磁懸浮開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的電流控制模型。但是這種平衡是一種不穩(wěn)定平衡，因?yàn)殡姶盆F與鋼球之間的電磁力的大小與它們之間的距離X成反比，只要平衡狀態(tài)稍微受到擾動(dòng)(如：加在電磁鐵線圈上的電壓產(chǎn)生脈動(dòng)，周?chē)恼駝?dòng)、風(fēng)等)，就會(huì)導(dǎo)致鋼球掉下來(lái)或被電磁鐵吸住。功率放大器的作用是根據(jù)控制器的輸出向電磁鐵線圈提供電流。近年來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)，模糊邏輯理論，在非線性系統(tǒng)辨識(shí)中的應(yīng)用以及在基礎(chǔ)理論方面的研究工作，使得有關(guān)磁懸浮系統(tǒng)的辨識(shí)研究也逐漸深入，但由于磁懸浮的系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，系統(tǒng)辨識(shí)一般需要耗費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間，目前在磁懸浮系統(tǒng)的辨識(shí)研究還沒(méi)有應(yīng)用于實(shí)際控制系統(tǒng)中[12]。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)。另外，磁懸浮技術(shù)在其他方面也有著突出的進(jìn)展，例如：磁懸浮主軸系統(tǒng)、磁懸浮隔振系統(tǒng)、磁懸浮研磨技術(shù)等等。其中感應(yīng)型磁懸浮電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，氣隙均勻，易于弱磁升速，是最有前途的方案之一傳統(tǒng)的電機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子與轉(zhuǎn)子之間通過(guò)機(jī)械軸承連接，在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在機(jī)械摩擦，增加了轉(zhuǎn)子的摩擦阻力，使得運(yùn)動(dòng)部件磨損，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲，使運(yùn)動(dòng)部件發(fā)熱，潤(rùn)滑劑性能變差，嚴(yán)重的會(huì)使電機(jī)氣隙不均勻，繞組發(fā)熱，溫升增大，從而降低電機(jī)效能，最終縮短電機(jī)使用壽命。1999年4月日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)在實(shí)驗(yàn)線上達(dá)到時(shí)速552km，德國(guó)經(jīng)過(guò)20年的努力技術(shù)上已趨成熟，已具有建筑哦運(yùn)營(yíng)線路的水平。磁懸浮列車(chē)以其在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是二十一世紀(jì)交通工具的發(fā)展方向，德國(guó)和日本在這方面已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，技術(shù)逐漸成熟[3]。由于橫向位移的不穩(wěn)定因素，需要從力學(xué)角度來(lái)安排磁鐵的位置。磁懸浮球是一種典型的單自由度磁懸浮系統(tǒng)，只需一個(gè)自由度控制即可實(shí)現(xiàn)球的穩(wěn)定懸浮。本文首先分析了磁懸浮系統(tǒng)的工作原理，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和線性化模型，并在此基礎(chǔ)上利用MATLAB軟件以及其中的SIMULINK仿真工具箱對(duì)模型開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。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。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。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。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摘 要磁懸浮系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性、自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，其控制器性能的好壞直接影響磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用，其研究涉及控制理論、電磁場(chǎng)理論、電力電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多領(lǐng)域。在我國(guó)，磁懸浮技術(shù)研究起步較晚，水平相對(duì)落后。隨著現(xiàn)代控制理論和驅(qū)動(dòng)元器件的發(fā)展，方式在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。但是，在低速時(shí)由于得不到足夠的懸浮力，限制了這種方式的廣泛應(yīng)用[1]。1969年，德國(guó)牽引機(jī)車(chē)公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車(chē)系統(tǒng)模型[6]，以后命名為T(mén)R01型，該車(chē)在1km軌道上時(shí)速達(dá)到165km，這事磁懸浮列車(chē)發(fā)展的第一個(gè)里程碑。西南交通大學(xué)這條試驗(yàn)線的建成，標(biāo)志我國(guó)已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車(chē)的技術(shù)，我國(guó)稱為世界上第一個(gè)具有磁懸浮運(yùn)營(yíng)鐵路的國(guó)家[5]。當(dāng)前，國(guó)際上對(duì)磁懸浮技術(shù)的研究工作已經(jīng)非?；钴S。所以在這類(lèi)磁懸浮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，高性能控制器的研究與設(shè)計(jì)成為生產(chǎn)高品質(zhì)磁懸浮產(chǎn)品的關(guān)鍵。③系統(tǒng)辨識(shí)：系統(tǒng)辨識(shí)是在輸入輸出觀測(cè)值的基礎(chǔ)上，在指定的一類(lèi)系統(tǒng)中，確定一個(gè)與被識(shí)別系統(tǒng)等價(jià)的系統(tǒng)。傳感器是磁懸浮系統(tǒng)的重要部件之一，它的性能對(duì)系統(tǒng)的控制精度起決定作用，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的精度不可能超過(guò)傳感器的精度。此系統(tǒng)是一開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)。 g—重力加速度，單位：m/當(dāng)小球處于平衡狀態(tài)，其加速度為零，即所受合力為零，小球的重力等于小球受到的向上的電磁力，即： （）二、電磁鐵中控制電壓與電流的模型。同樣根據(jù)上節(jié)內(nèi)容，即式()有 ()電磁鐵與剛體構(gòu)成磁路，磁路的磁阻主要集中在兩者氣隙上，其中有效氣隙磁阻可表示為 ()式中，為空氣的導(dǎo)磁率，其中；S為電磁鐵的極面積；x為導(dǎo)軌與磁極表面的瞬時(shí)間隙。一、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)搭建打開(kāi)MATLAB軟件，輸入SIMULINK。具體模塊參數(shù)設(shè)置如下：。然后，據(jù)此通過(guò)電流形式和電壓形式分別進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了線性化處理，得到了線性化后的傳遞函數(shù)和狀態(tài)方程，并在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行建模。②積分環(huán)節(jié) 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，采用增量式PID控制算法。用理論設(shè)計(jì)法確定PID控制參數(shù)的前提是要有被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，并且理論設(shè)計(jì)法都要求系統(tǒng)是最小相位系統(tǒng)，這些是一般工業(yè)很難做到的。Kd過(guò)大，會(huì)使響應(yīng)過(guò)程提前制動(dòng)，從而影響調(diào)節(jié)時(shí)間，同時(shí)Kd對(duì)于噪聲還有放大作用，會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)G（s）為 ()式中： ——傳感器的傳遞函數(shù) ——PID控制器傳遞函數(shù) ——受控對(duì)象的傳遞函數(shù) ——功率放大器的傳遞函數(shù) 被控對(duì)象傳遞函數(shù)是： () PID控制器的傳遞函數(shù)是： () 傳感器和功率放大器的傳遞函數(shù)分別是： () ()。這一方法不直接求解特征方程，用作圖的方法表示特征方程的根與系統(tǒng)某一參數(shù)的全部數(shù)值關(guān)系，當(dāng)這一參數(shù)取特定值時(shí)，對(duì)應(yīng)的特征根可在上述關(guān)系圖中找到。①增加開(kāi)環(huán)極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的影響首先，增加了新的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)，根據(jù)根軌跡實(shí)軸分布法則，可以改變?cè)懈壽E的實(shí)軸分布情況；其次，可以使得原系統(tǒng)根軌跡的整體走向在s平面上向右移。 開(kāi)環(huán)根軌跡圖，磁懸浮控制系統(tǒng)有一個(gè)極點(diǎn)位于右半平面，同時(shí)，也有一根軌跡始終在右面，因此，系統(tǒng)總是不穩(wěn)定的，要實(shí)現(xiàn)對(duì)磁懸浮控制系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，設(shè)計(jì)的控制器必須對(duì)根軌跡進(jìn)行校正。 這樣，帶有微分校正裝置的新的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)成為 ()。以傳遞函數(shù)作為線性定常系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，表示為 ()這是一個(gè)復(fù)自變量的復(fù)變函數(shù)。從直觀上看，可以把頻率特性定義為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)正弦輸出信號(hào)的復(fù)數(shù)符號(hào)與輸入正弦信號(hào)的復(fù)數(shù)符號(hào)之比，但是，為了研究頻率特性更為廣泛的內(nèi)涵，必須從信號(hào)與系統(tǒng)的關(guān)系出發(fā)，研究其更為深刻的實(shí)質(zhì)涵義。系統(tǒng)此時(shí)變成最小相位系統(tǒng)。 ()又根據(jù)公式 ()推出 ()此時(shí)，超前滯后校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可寫(xiě)為： ()根據(jù)相角裕度要求，估算校正網(wǎng)絡(luò)超前部分的轉(zhuǎn)折頻率。結(jié) 論 磁懸浮球控制系統(tǒng)作為檢驗(yàn)控制理論的試金石在控制理論研究方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，值得大力推廣，MATLAB作為一種強(qiáng)有力的科學(xué)計(jì)算和仿真工具，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于各高校仿真實(shí)驗(yàn)中，能夠熟練的運(yùn)用，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。首先我要感謝我的指導(dǎo)老師xx老師，他在我完成論文的過(guò)程中，給予了我很大的幫助。 however, simple PID controllers do not have the ability to learn and must be set up correctly. Selecting the correct gains for effective control is known as tuning the controller.If a controller starts from a stable state at zero error (PV = SP), then further changes by the controller will be in response to changes in other measured or unmeasured inputs to the process that impact on the process, and hence on the PV. Variables that impact on the process other than the MV are known as disturbances. Generally controllers are used to reject disturbances and/or implement setpoint changes. Changes in feed water temperature constitute a disturbance to the faucet temperature control process. In theory, a controller can be used to control any process which has a measurable output (PV), a known ideal value for that outp