【正文】 ut (SP) and an input to the process (MV) that will affect the relevant PV. Controllers are used in industry to regulate temperature, pressure, flow rate, chemical position, speed and practically every other variable for which a measurement exists. Automobile cruise control is an example of a process which utilizes automated control.PID controllers are the controllers of choice for many of these applications, due to their wellgrounded theory, established history, simplicity, and simple setup and maintenance requirements.History PID controllers date to 1890s governor design.[1][5] PID controllers were subsequently developed in automatic ship steering. One of the earliest examples of a PIDtype controller was developed by Elmer Sperry in 1911,[6] while the first published theoretical analysis of a PID controller was by Russian Americanengineer Nicolas Minorsky, in (Minorsky 1922). Minorsky was designing automatic steering systems for the US Navy, and based his analysis on observations of ahelmsman, observing that the helmsman controlled the ship not only based on the current error, but also on past error and current rate of change。還可以考慮其他的智能控制方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等，但需要從實(shí)時(shí)性和模型的精確性的角度分析控制器的可行性，這還需要更進(jìn)一步驗(yàn)證。首先對PID控制、跟軌跡法和頻率響應(yīng)法進(jìn)行簡單的介紹，包括其基本概念以及其基本原理；然后根據(jù)Kp、Ki、和Kd對系統(tǒng)各性能的影響，結(jié)合其階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行調(diào)整。觀察未校正系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性，可以選擇作為校正網(wǎng)絡(luò)超前部分的轉(zhuǎn)折頻率。 未補(bǔ)償頻率響應(yīng)圖，該系統(tǒng)明顯不穩(wěn)定。幅角也是的函數(shù)，隨頻率的不同有不同的相位角，因此稱為的相頻特特性。在頻率分析法中，以控制系統(tǒng)的頻率特性作為數(shù)學(xué)模型，以伯德圖或者其他圖表作為分析工具，來研究、分析控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。此時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)只要取適當(dāng)?shù)腒gc，有可能得到較好的效果，通過多次用試驗(yàn)驗(yàn)證后，發(fā)現(xiàn)將零點(diǎn)取為=10時(shí)響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)性能較好些。二、磁懸浮系統(tǒng)的根軌跡校正 由上節(jié)內(nèi)容已經(jīng)得到，開環(huán)傳遞函數(shù)，即控制對象的傳遞函數(shù)為: ()將其轉(zhuǎn)換為零極點(diǎn)形式為： () 用MATLAB可以繪制其根軌跡圖。 設(shè) () ()則得到零點(diǎn)模型： ()根軌跡分析方法是分析開環(huán)系統(tǒng)的零極點(diǎn)位置與某一參數(shù)變化時(shí)，該參數(shù)變化的軌跡與組成的閉環(huán)系統(tǒng)零極點(diǎn)之間的關(guān)系，并分析閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和其他性能指標(biāo)的方法。但對于高價(jià)系統(tǒng)，采用解析法求取系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)通常是比較困難的。整定時(shí)，先置Kd為0，然后，在第二步的基礎(chǔ)上在加大Kd，同時(shí)相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分系數(shù)，最終達(dá)到滿意的控制效果。Ki 越大，及積分時(shí)間越短，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除的越快，但是Ki過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)；若Ki過小，將使系統(tǒng)的靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。二、PID控制參數(shù)整定 PID控制算法參數(shù)的整定就是選擇Kp、Kd、Ki幾個(gè)參數(shù)，使相應(yīng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)滿足幾個(gè)性能指示。按模擬PID控制算法，一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代替連續(xù)時(shí)間t，以矩形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階向后差分近似代替微分，即可得位置式離散PID表達(dá)式為： ()式中。PID控制器的性能取決于Kp、Ti和Td這三個(gè)系數(shù)，如何選用這三個(gè)系數(shù)是PID控制的核心。 閉環(huán)階躍響應(yīng)仿真圖 這時(shí)所用的參數(shù)為Kp=,Ki=,Kd=。二、閉環(huán)系統(tǒng)搭建 進(jìn)入simulink工作環(huán)境并新建一文件，利用傳遞函數(shù)模塊建立系統(tǒng)的被控對象的傳遞函數(shù)。 M函數(shù)編輯窗口第三節(jié) 磁懸浮球系統(tǒng)的搭建MATLAB是矩陣試驗(yàn)室（Mtrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，包括MATLABH和SIMULINK兩大部分。四、電壓控制模型由上節(jié)內(nèi)容可知，電流模型的建立沒有考慮感抗對系統(tǒng)的影響，只是從感性元件儲(chǔ)能的角度加以分析建立。第三節(jié) 磁懸浮系統(tǒng)的建模一、控制對象的運(yùn)動(dòng)方程忽略小球受到的其他干擾力，則受控對象小鋼球在此系統(tǒng)中只受電磁力F和自身重力mg，由于電磁力F與i和x有關(guān)。為控制功率管散熱問題，采用開關(guān)功率放大器。它是一個(gè)典型的吸浮式懸浮系統(tǒng)。②智能控制系統(tǒng)：智能控制器具有在線學(xué)習(xí)、修正的能力，它可以根據(jù)系統(tǒng)獲取的信息來分析系統(tǒng)特性，從而使系統(tǒng)性能達(dá)到預(yù)期要求。主動(dòng)磁懸浮技術(shù)即通過電磁力實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的可控懸??；被動(dòng)式的研究主要集中在永久磁鐵低溫超導(dǎo)的研究。如磁懸浮電機(jī)應(yīng)用在生命科學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)在國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、凝血和血栓等問題。我國對磁懸浮列車的研究工作比較晚，1989年3月，國防科技大學(xué)研制出我國第一臺(tái)磁懸浮實(shí)驗(yàn)樣車。第二節(jié) 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)載人的氣墊車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它是最早對磁懸浮列車進(jìn)行研究的系統(tǒng)。為了得到斥力，勵(lì)磁線圈和短路線圈之間必須有相對的運(yùn)動(dòng)。第一章 磁懸浮系統(tǒng)的概述第一節(jié) 磁懸浮的分類及應(yīng)用前景磁懸浮可分為以下3種主要應(yīng)用方式：①電磁吸引控制懸浮方式這種控制方式利用了導(dǎo)磁材料與電磁鐵之間的引力，絕大部分磁懸浮技術(shù)采用這種方式。磁懸浮技術(shù)是利用磁場力使一物體沿著或繞著某一基準(zhǔn)框架的一軸或者幾軸保持固定位置，由于懸浮體和支撐之間無任何接觸，克服了由摩擦帶來的能量消耗和速度限制，具有壽命長，能耗低，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對論文支持必要時(shí)）：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）?！娟P(guān)鍵詞】磁懸浮球 PID控制器 根軌跡 頻率響應(yīng)ABSTRACTThe magnetic levitation system is a plex, nonlinear, naturally unstable system. And the controller’s performance directly influences the wide applications of the magnetic levitation technology. The research on such a system involves control theory, electromagnetism, electric and electronic technology, digital signal processing, puter science and so on. Because the magnetic levitation system’s real time demand is rigorous, the development and application of advanced controllers is limited. In order to meet the requirement of plex controller and improving the realtime performance, this paper introduces the magnetic levitation control system based on the singlefreedomdegree magnetic levitation ball system, then established the mathematic model and its controller is studied, and expected totter control effect.This paper analyses the working principle of maglev system, establishing the mathematic model of the system and the linear model, and on the basis of using the software MATLAB, and SIMULINK tool to model and the closedloop system is simulated. Then, according to the system transfer function in building system under the environment of SIMULINK openloop transfer function, the design and adjustment of the PID controller, and with the root locus method and the method of frequency response controlled control system.【key words】Magnetic levitation ball PID controller Root locus Frequency response目 錄前 言 1第一章 磁懸浮系統(tǒng)的概述 2第一節(jié) 磁懸浮的分類及應(yīng)用前景 2第二節(jié) 磁懸浮技術(shù)的研究現(xiàn)狀 3第三節(jié) 磁懸浮的控制方法和發(fā)展趨勢 4第二章 磁懸浮系統(tǒng)的分析和建模 6第一節(jié) 磁懸浮系統(tǒng)的分析 6第二節(jié) 磁懸浮系統(tǒng)的工作原理 6第三節(jié) 磁懸浮系統(tǒng)的建模 7一、控制對象的運(yùn)動(dòng)方程 7二、電磁鐵中控制電壓與電流的模型 8三、電流控制模型 9四、電壓控制模型 11第三節(jié) 磁懸浮球系統(tǒng)的搭建 14一、開環(huán)系統(tǒng)搭建 14二、閉環(huán)系統(tǒng)搭建 15第四節(jié) 本章小結(jié) 17第三章 控制器的設(shè)計(jì)和調(diào)試 18第一節(jié) PID控制器的設(shè)計(jì)和調(diào)試 18一、PID控制基礎(chǔ) 18二、PID控制參數(shù)整定 19三、磁懸浮系統(tǒng)中的PID控制 21第二節(jié) 根軌跡控制器的設(shè)計(jì)和調(diào)試 23一、根軌跡法的基本概念和原理 23二、磁懸浮系統(tǒng)的根軌跡校正 24第三節(jié) 頻率響應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)和調(diào)試 27一、頻率響應(yīng)法的基本概念和分析 27二、磁懸浮系統(tǒng)中的頻率響應(yīng) 29第四節(jié) 本章小結(jié) 33結(jié) 論 34致 謝 35參考文獻(xiàn) 36附 錄 38一、英文原文 38二、英文翻譯 47三、源程序 54 55 前 言磁懸浮技術(shù)是將電磁學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、檢測技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等高新技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，成為典型的機(jī)電一體化技術(shù)。同時(shí)，對單自由度磁懸浮球進(jìn)行研究是研究磁懸浮技術(shù)的一個(gè)有效方法，它是多