《磁悬浮球装置的控制算法研究本科毕设论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁悬浮球装置的控制算法研究本科毕设论文（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、xxxx大学本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于磁悬浮球装置的控制算法研究毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即
2、：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权
3、书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）
4、附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5
5、.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订摘 要磁悬浮系统是一个复杂的非线性、自然不稳定系统，其控制器性能的好坏直接影响磁悬浮技术的应用，其研究涉及控制理论、电磁场理论、电力电子技术、数字信号处理以及计算机科学等众多领域。由于磁悬浮系统对实时性的要求很高，在很大程度限制了先进控制算法的开发和应用。为了满足日益复杂的控制要求和提高控制系统的实时性，本文以单自由度磁悬浮球系统为研究对象，在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立了数学模型并对其控制器进行了研究，以期望达到更好的控制效果。本文首先分析了磁悬浮系统的工作原理，建立了系统的数学模型和
6、线性化模型，并在此基础上利用MATLAB软件以及其中的SIMULINK仿真工具箱对模型开环和闭环系统进行了仿真。然后,根据得出的系统传递函数，在SIMULINK环境下搭建系统开环传递函数，并据此进行PID控制器的设计和调节，以及用根轨迹法和频率响应法控制系统。【关键词】磁悬浮球 PID控制器 根轨迹 频率响应ABSTRACTThe magnetic levitation system is a complex, nonlinear, naturally unstable system. And the controllers performance directly influences th
7、e wide applications of the magnetic levitation technology. The research on such a system involves control theory, electromagnetism, electric and electronic technology, digital signal processing, computer science and so on. Because the magnetic levitation systems real time demand is rigorous, the dev
8、elopment and application of advanced controllers is limited. In order to meet the requirement of complex controller and improving the real-time performance, this paper introduces the magnetic levitation control system based on the single-freedom-degree magnetic levitation ball system, then establish
9、ed 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 th
10、e closed-loop system is simulated. Then, according to the system transfer function in building system under the environment of SIMULINK open-loop transfer function, the design and adjustment of the PID controller, and with the root locus method and the method of frequency response controlled control
11、 system.【key words】Magnetic levitation ball PID controller Root locus Frequency response目 录前 言1第一章 磁悬浮系统的概述2第一节 磁悬浮的分类及应用前景2第二节 磁悬浮技术的研究现状3第三节 磁悬浮的控制方法和发展趋势4第二章 磁悬浮系统的分析和建模6第一节 磁悬浮系统的分析6第二节 磁悬浮系统的工作原理6第三节 磁悬浮系统的建模7一、控制对象的运动方程7二、电磁铁中控制电压与电流的模型8三、电流控制模型9四、电压控制模型11第三节 磁悬浮球系统的搭建14一、开环系统搭建14二、闭环系统搭建15第四节
12、 本章小结17第三章 控制器的设计和调试18第一节 PID控制器的设计和调试18一、PID控制基础18二、PID控制参数整定19三、磁悬浮系统中的PID控制21第二节 根轨迹控制器的设计和调试23一、根轨迹法的基本概念和原理23二、磁悬浮系统的根轨迹校正24第三节 频率响应控制器的设计和调试27一、频率响应法的基本概念和分析27二、磁悬浮系统中的频率响应29第四节 本章小结33结 论34致 谢35参考文献36附 录38一、英文原文38二、英文翻译47三、源程序54- 50 -前 言磁悬浮技术是将电磁学、机械学、动力学、电子技术、自动控制技术、传感技术、检测技术和计算机科学等高新技术有机结合在一
13、起，成为典型的机电一体化技术。磁悬浮技术是利用磁场力使一物体沿着或绕着某一基准框架的一轴或者几轴保持固定位置，由于悬浮体和支撑之间无任何接触，克服了由摩擦带来的能量消耗和速度限制，具有寿命长，能耗低，安全可靠等优点。目前，各国已广泛开展了对磁悬浮控制系统的研究随着控制理论的不断完善和发展，采用先进的控制方法对磁悬浮系统进行的控制和设计，使系统具有更好的鲁棒性。在我国，磁悬浮技术研究起步较晚，水平相对落后。随着电子技术的发展，特别是电子计算机的发展，带来了磁悬浮控制系统向智能化方向的快速发展。近年来，磁悬浮技术开始由宇航、军事等领域向一般工业应用方面发展，广泛应用于很多领域，如：磁悬浮列车、磁悬
14、浮隔振器、磁悬浮轴承、高速机床进给平台、磁悬浮硬盘、飞轮电池等。磁悬浮球是一种典型的单自由度磁悬浮系统，只需一个自由度控制即可实现球的稳定悬浮。磁悬浮球实验系统结构简单、系统评判容易，在研究磁悬浮现象，实施和验证各种控制算法方面具有重要的作用。同时，对单自由度磁悬浮球进行研究是研究磁悬浮技术的一个有效方法，它是多自由度磁悬浮装置简化和去耦，在研究各种控制器算法，运用新技术方面具有很重要的作用，可以为较为复杂系统的设计与调试提供硬件和软件的准备。第一章 磁悬浮系统的概述第一节 磁悬浮的分类及应用前景磁悬浮可分为以下3种主要应用方式：电磁吸引控制悬浮方式这种控制方式利用了导磁材料与电磁铁之间的引力
15、，绝大部分磁悬浮技术采用这种方式。虽然原理上这种吸引力是一种不稳定的力，但通过控制电磁铁的电流，可以将悬浮气隙保持在一定数值上。随着现代控制理论和驱动元器件的发展，方式在工业领域得到了广泛运用。在此基础上也有研究人员将需要大电流励磁的电磁铁部分换成可控型永久磁铁，这样可以大幅度降低励磁损耗。永久磁铁斥力悬浮方式这种控制方式利用永久磁体之间的斥力，根据所用的磁材料的不同，其产生的斥力也有所差别。由于横向位移的不稳定因素，需要从力学角度来安排磁铁的位置。近年来随着稀土材料的普及，该方式将会更多的应用于各个领域。感应斥力方式这种控制方式利用了磁铁或励磁线圈和短路线圈之间的斥力，简称感应斥力方式。为了得到斥力，励磁线圈和短路线圈之间必须有相
