【正文】 從導(dǎo)師那里學(xué)到的不僅僅是專業(yè)知識，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)定性對系統(tǒng)作開環(huán)和閉環(huán)進行仿真。 校正后跟軌跡圖 此時。 bode圖,穩(wěn)態(tài)性能明顯不滿足，需要將開環(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；對數(shù)坐標(biāo)圖，又稱為波德圖。另外，還可以用的模和幅值來表示為 ()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)輸入信號是階躍信號或脈沖信號時，常采用響應(yīng)曲線分析方法對控制系統(tǒng)進行分析。結(jié)合上面所畫圖形，需要使得每條根軌跡都要存在于s左半平面，因此，首先添加一新零點將根軌跡往左移動：那么，可以增加一補償裝置。其結(jié)果是系統(tǒng)穩(wěn)定性得到改善，系統(tǒng)的動態(tài)性能變好，系統(tǒng)的平穩(wěn)性得到滿足。在設(shè)計線性控制系統(tǒng)時，可以根據(jù)對系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求確定可調(diào)整參數(shù)以及系統(tǒng)開環(huán)零極點的位置，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，先將比例系數(shù)減小10％—20％，以補償加入積分環(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，在工程上更加易于實現(xiàn)。數(shù)字PID控制由于數(shù)字處理器只能計算數(shù)字量，無法進行連續(xù)PID運算，所以若使用數(shù)字處理器來實現(xiàn)PID算法，則必須對PID算法進行離散化。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為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)[15]。那么。 開環(huán)階躍響應(yīng)仿真圖，此系統(tǒng)是一開環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)，當(dāng)有一微小擾動時，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)電磁場能量公式可得： ()將式()代入式()并取偏導(dǎo)得到電磁力表達式如下： ()假設(shè)鋼球重力方向為正方向，根據(jù)受力平衡有： () 將式()代入式()得： ()假設(shè)鋼球在平衡位置時x＝X，i＝I，則有如下關(guān)系成立： ()由式()可以看出，對于給定的電流，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，略去高階項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，因為電磁鐵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(如：加在電磁鐵線圈上的電壓產(chǎn)生脈動，周圍的振動、風(fēng)等)，就會導(dǎo)致鋼球掉下來或被電磁鐵吸住。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，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識，模糊邏輯理論，在非線性系統(tǒng)辨識中的應(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)的辨識研究也逐漸深入，但由于磁懸浮的系統(tǒng)的實時性要求較高，系統(tǒng)辨識一般需要耗費大量的計算時間，目前在磁懸浮系統(tǒng)的辨識研究還沒有應(yīng)用于實際控制系統(tǒng)中[12]。同時由于磁懸浮系統(tǒng)的實時性要求很高，對于很復(fù)雜的控制算法無法在工程上實現(xiàn)。另外，磁懸浮技術(shù)在其他方面也有著突出的進展，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)型磁懸浮電機具有結(jié)構(gòu)簡單，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)的電機是由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子與轉(zhuǎn)子之間通過機械軸承連接，在轉(zhuǎn)子運動過程中存在機械摩擦，增加了轉(zhuǎn)子的摩擦阻力，使得運動部件磨損，產(chǎn)生機械振動和噪聲，使運動部件發(fā)熱，潤滑劑性能變差，嚴(yán)重的會使電機氣隙不均勻，繞組發(fā)熱，溫升增大，從而降低電機效能，最終縮短電機使用壽命。1999年4月日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車在實驗線上達到時速552km，德國經(jīng)過20年的努力技術(shù)上已趨成熟，已具有建筑哦運營線路的水平。磁懸浮列車以其在經(jīng)濟、環(huán)保等方面的優(yōu)勢被認為是二十一世紀(jì)交通工具的發(fā)展方向，德國和日本在這方面已經(jīng)取得很大的進展，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)，只需一個自由度控制即可實現(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仿真工具箱對模型開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)進行了仿真。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)庫進行檢索，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)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，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寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、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、電磁場理論、電力電子技術(shù)、數(shù)字信號處理以及計算機科學(xué)等眾多領(lǐng)域。在我國，磁懸浮技術(shù)研究起步較晚，水平相對落后。隨著現(xiàn)代控制理論和驅(qū)動元器件的發(fā)展，方式在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛運用。但是，在低速時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，德國牽引機車公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車系統(tǒng)模型[6]，以后命名為TR01型，該車在1km軌道上時速達到165km，這事磁懸浮列車發(fā)展的第一個里程碑。西南交通大學(xué)這條試驗線的建成，標(biāo)志我國已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車的技術(shù)，我國稱為世界上第一個具有磁懸浮運營鐵路的國家[5]。當(dāng)前，國際上對磁懸浮技術(shù)的研究工作已經(jīng)非?；钴S。所以在這類磁懸浮產(chǎn)品的設(shè)計中，高性能控制器的研究與設(shè)計成為生產(chǎn)高品質(zhì)磁懸浮產(chǎn)品的關(guān)鍵。③系統(tǒng)辨識：系統(tǒng)辨識是在輸入輸出觀測值的基礎(chǔ)上，在指定的一類系統(tǒng)中，確定一個與被識別系統(tǒng)等價的系統(tǒng)。傳感器是磁懸浮系統(tǒng)的重要部件之一，它的性能對系統(tǒng)的控制精度起決定作用，因為控制系統(tǒng)的精度不可能超過傳感器的精度。此系統(tǒng)是一開環(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間隙。一、開環(huán)系統(tǒng)搭建打開MATLAB軟件，輸入SIMULINK。具體模塊參數(shù)設(shè)置如下：。然后，據(jù)此通過電流形式和電壓形式分別進行數(shù)學(xué)建模，并對數(shù)學(xué)模型進行了線性化處理，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)的無差度。當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)需要的是控制量的增量時，采用增量式PID控制算法。用理論設(shè)計法確定PID控制參數(shù)的前提是要有被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，并且理論設(shè)計法都要求系統(tǒng)是最小相位系統(tǒng)，這些是一般工業(yè)很難做到的。Kd過大，會使響應(yīng)過程提前制動，從而影響調(diào)節(jié)時間，同時Kd對于噪聲還有放大作用，會降低系統(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) ——受控對象的傳遞函數(shù) ——功率放大器的傳遞函數(shù) 被控對象傳遞函數(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，對應(yīng)的特征根可在上述關(guān)系圖中找到。①增加開環(huán)極點對系統(tǒng)的影響首先，增加了新的開環(huán)極點，根據(jù)根軌跡實軸分布法則，可以改變原有根軌跡的實軸分布情況；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。 開環(huán)根軌跡圖，磁懸浮控制系統(tǒng)有一個極點位于右半平面，同時，也有一根軌跡始終在右面，因此，系統(tǒng)總是不穩(wěn)定的，要實現(xiàn)對磁懸浮控制系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，設(shè)計的控制器必須對根軌跡進行校正。 這樣，帶有微分校正裝置的新的開環(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)正弦輸出信號的復(fù)數(shù)符號與輸入正弦信號的復(fù)數(shù)符號之比，但是，為了研究頻率特性更為廣泛的內(nèi)涵，必須從信號與系統(tǒng)的關(guān)系出發(fā)，研究其更為深刻的實質(zhì)涵義。系統(tǒng)此時變成最小相位系統(tǒng)。 ()又根據(jù)公式 ()推出 ()此時，超前滯后校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可寫為： ()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)作為檢驗控制理論的試金石在控制理論研究方面發(fā)揮著越來越重要的作用，值得大力推廣，MATLAB作為一種強有力的科學(xué)計算和仿真工具，近年來廣泛應(yīng)用于各高校仿真實驗中，能夠熟練的運用，有著重要的現(xiàn)實意義。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