磁悬浮系统的PID控制 精品
系统的PID控制(含实例)
由于根据洛伦兹力原理的激励器的力与电流之间是线性的关系可知电磁力g eff F B IL = （1）用弹簧和阻尼系统来代替连接线，系统在施加主动控制之前的运动微分方程是其中n ω=，2n c m ζω==，系统的传递函数为()()()2221nn b f s s s X s X s G ωζω++==取参数ζ=0.2，2n ωπ=，则系统的伯德图为由于连接线产生的扰动力()()u f b f b f k x x c x x =----给系统施加加速度PID 控制和相对位移控制后，系统的数学模型为f u cp ca m x f f f =--传递函数为特征方程是320a p p p aaac c c k k i s s s m m m m m m ++++++=+++要是系统稳定，特征方程的根必须有负实部。
通过调节PID 参数，使系统处于最佳的状态。
2.磁悬浮的开环控制模型 磁悬浮力方程图1由图可知单边通电线圈对衔铁产生的磁悬浮力，可近似表示为2204x N A I F x μ⎛⎫=⎪⎝⎭（1） 式中，0μ为真空磁导率，N 为线圈匝数，A 为铁心与气隙的横截面面积，I 为电流，x 为气隙大小。
设浮子处于平衡位置时的气隙为0g ，当衔铁离开平衡位置向电磁铁方向产生偏移量x ，则通过减小流进绕组的电流i 来调节使衔铁回复到平衡位置，把电流表示成0I I i =-。
在转子位移变化很小（x<<g o ）时，将其线性化得x x i F K x K i =⋅+⋅ （2） 式中，3220030x AN I K g μ=为位移刚度系数；2020o i AN I K g μ=为电流刚度数。
其拉普拉斯变换为：()()()x x i F s K X s K I s =⋅+⋅ （3）3.电磁绕组端电压方程由于衔铁位移变化时，其电磁线圈的自感系数也要变化，即常导电磁线圈的电感系数是转子位移x 的函数，因此其端电压（或电流）也是转子位移x 的函数。
垂直轴磁悬浮风电系统神经模糊PID悬浮控制
关键词 ：垂直轴风力机 ；风力发 电 ； 磁悬 浮 ； 神经 网络 ；模糊 Ｐ Ｄ； Ｉ 控制
中图 分 类 号 ：Ｔ １ Ｍ３５ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —８ ８ ２ １ ）８０ ４ ６ ０ １６４ （０ ０ ０ —０ １０
Ｌｅ ｉａ ｉ ｎ Ｃｏ ｒ ｌｏ ｒ ｉａ ｉ ｉ ｄ Ｔｕｒ ｉ ｅ ａ ｌ ｖ Ｇｅ ｅ ａ ｉ ｎ Ｓ ｓ ｅ ｖ ｔ ｔｏ ｎｔ ｏ ｆ Ｖｅ ｔｃ ｌＡｘ ｓ Ｗ ｎ ｂ ｎ ｓ Ｍ ｇ ｅ ｎ ｒ ｔｏ ｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｎｅ ａ ｔ ｒ ｚ ｙ ＰＩ ）Ｃｏ ｒ ｌ ｓ ｄ ｏ ｕｒ ｌＮｅ ｗｏ ｋ Ｆｕ ｚ ． Ｉ ｎｔ ｏ
垂直轴磁悬浮风 电系统神经模糊 ＰＤ悬浮控制 Ｉ
杨 国良 ，等
垂 直 轴 磁 悬 浮风 系 神 经 模 糊 ＰＤ悬 浮 控 制 电 统 Ｉ
杨 国良，张广路 ，李惠光
（ 山大学 电力 电子节能与传动控制河北省重点实 验室 ，秦皇岛 ０ ６ ０ ） 燕 ６０ ４
摘 要 ：垂直 轴风力 机（ Ａ ） Ｖ ｗＴ 在小 型风力发 电系统 中以无需对 风 、结构 简单 和维 修维 护方 便 等优 点受 到高度 重
Ａｂｔａ ｔ ｎｓ ａｌ ｉｄｐｗ ｒ ｅｅａ ｏ ｙｔ ｓ（ Ｇ ） ｈ ｅ ｉａ ａｉ ｗｎ ｒｉｅ ａｅｂｅ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｓｒｃ ：Ｉ ｍ ｌｗｎ ｏ ｅ ｎ ｒｔ ｎｓｓ ｍ ＷＰ Ｓ ，ｔｅｖｒｃｌ ｘ ｄｔ ｂｎｓｈｖ ｅｎｐ ｉ ｇ ｉ ｅ ｔ ｓｉ ｕ ｄ
ｗｅ ｅ ａ ｔｎ ｉｎ ｆ ｒｉ ｏ ａ ｉｎ ｎ ｎ ｉｅ ｔ ｎ，ｓｍｐ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｅ ｔ ｉｔ ｎ ｎ ｅ ａ ｄ ｒｐ ｉ． ｒ ｔ ｔ ｏ ｔ ｎ — ｇ ｉ ｇ ｗ ｄ ｄ ｒ ｃｉ ｅ ｏ ｓ ｌ ｉ ｏ ｉ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｏ ｖ ｎ ｅ ｃ ｏ ｍａｎ ｅ ａ ｃ ｎ ｅ ａｒ Ｍａ ｌｖ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｓａ ｐ ｉｄ ｉ ｈ ｙ ｔｍｓ ｔ ｅ ｗｉ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ’ｔｒｉ ｇ ｐ ｒｏｍａ ｃ ｓｉ ｒ ｖ ｄ， ａ ｄ ｔ ｅ ｇｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｗａ ｐ ｌ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ， ｈ ｎ ｕ ｂ ｎ ｓｓａ ｔｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｗａ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｎ ｈ ｗｉｄ ｅ ｅ ｇ ｏ ｖ ｒｉ ｎ ｅ ｃｅ ｃ ｓｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｇ ｅ ｔｙ， ａ ｈ ａ ｔｍｅ， ｔ ｅ ｅｆ ｃ ｆｍｉｒ － ｏｓ ｖ ｎ ｍｕｅ ｎ ｎ ｒｙ ｃ ｎ ｅｓｏ ｆ ｉ ｎ ｙ ｗａ ｎ ｒ ａ ｅ ｒ ａｌ ｉ ｔｔ ｅ ｍｅ ｉ ｎ ｈ ｆｅ ｔｏ ｃ ｏ ｎ ｉｅ ｅ ｅ ｔ ｗａ ｂ ａｎ ｄ Ａ ｙ ｒｄ ｍａ ｌｖ ｄ ｓｇ ｒｔ ｅ ｓｏ ｔｉ ｅ ． ｈ ｂ ｇｅ ｅ ｉ ｎ ｆ ｈ ｉ ｏ ｓ ｓｅ ｓｐｒｐ ｓ ｄ ｗｈ ｃ ｎ ｏｐｏ ａｅ ｏｈ ｔ ｅ ｅｅ － ｙ ｔ ｍｓｗａ ｏ ｏ ｅ ｉ ｈ ｉ ｃ ｒ ｒ ｔｄ ｂ ｔ ｈ ｌ ｃ
磁悬浮小球的PID控制
9）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
研究方法
理论分析与实验相结合
主要技术指标(或研究目标)
学会控制系统控制特性进行分析的一般方法和步骤，在此基础上选择合适的控制算法；
掌握一般控制系统PID控制算法的仿真研究和实验过程中控制器参数的调节方法。
教研室
意见
教研室主任（专业负责人）签字：年月日
说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。
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
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
太原科技大学华科学院毕业设计（论文）任务书
学院（直属系）：电子信息工程系时间：2013年2月27日
学生姓名
指导教师
设计（论文）题目
磁悬浮小球系统的PID控制
主要研
究内容
掌握磁悬浮小球实验装置的软、硬件结构，能分析系统的控制特性；理解PID控制算法的理论知识和PID控制现场调试方法；能运用PID控制算法实现磁悬浮小球系统的稳定控制。
基于PID控制的磁悬浮控制系统研究
以Ｐ Ｌ Ｃ实验室 、 单 片机 实验室 、 Ｅ Ｄ Ａ实 验室为依 托 ， 构建 基于工 作过程 的实践教学环节 ． Ｐ Ｌ Ｃ 、单片机 、 Ｅ Ｄ Ａ等职业课 程开展 课程改 革， 为学 生开设 高水平 的设计型 、 综合性 、 创新型实验 。 引导学生参加各种课外科研活动 ． 组织学生参与 ２ ０ １ １ 、 ２ ０ １ ２ 年度 江苏省大学生创新训 练项 目。 ２ ０ １ １ 年度 的大学生创新训练项 目《 浴室 水温 自动调节显示装置》 已通过结项 验收 ． ２ ０ １ ２年度大 学生 创新 训练 项 目《 电动车远程 防盗报警装置》 正在开展。 同时依托生创新实验室开 展电子兴趣小组活动 ． 先 后有 ２ ０ ０人次参与 电子 兴趣小组活动 ． 通过 科研 、 创新 活动 ． 培养和锻炼 了学生的工程意识和创 新能力 。
［ 责任编辑 ： 陈双芹 ］
（ 上接第 １ ４页） 将 真实 的生产实践 、 生产任务作为教学 的必要环节 ， 要 从校企合作的高度为专业教 学提供 实训平 台和实践环节 ． 实现工学结 合． 争取达 到教育 与生产 的“ 零距离 接轨 生产 性实训基地既 可以是校 内的实训基地 ． 又可 以是学校 与企 业 建立合作 ． 将企业作为定 点实习单位或 者在企业建设实 训基地 ． 让学 生 的实习能够在一个真实 的生产 环境 ． 接触 真实的生产 任务 ． 接受真 实企业 的实训 。生产性实训基地可 以说就是 “ 教学工厂 ” ． 它既具有实 践 教学 的功能 ． 同时还具有生产 的功能 。 建立 了 ５ 个应用 电子技术专业 的实践教学基地 分别与常州欧密 格光 电科技公 司、 常州敬鹏 电子科技公 司、 无锡健鼎 电子科技公 司、 扬 州亚联光 电子科技公司 、 江苏新华 中自动化设备公司签订校企合作协 议． 聘用企业技术人员与教师共 同指导学生实践教学 。
基于PID控制的磁悬浮控制系统研究
Science &Technology Vision科技视界0引言控制器性能的优劣直接决定系统能否正常运转,磁轴承的刚度、阻尼稳定性和回转精度主要由控制器决定。
要获得一个高品质的磁悬浮轴承系统,就必须设计合适的控制策略。
工程实践应用要求的磁悬浮轴承闭环反馈控制系统的性能指标主要有以下几个方面:1)具有较强的抗扰动能力,对系统中出现的扰动能很快地抑制消除,能尽快消除其对对象输出的影响;2)闭环反馈控制系统的响应速度要快,即要求上升时间和调节时间尽可能地短;3)闭环反馈控制系统的阻尼性能要好,动态过程超调量不能过大。
因此,设计合适的控制器,对于磁悬浮轴承控制系统具有十分重要的意义。
PID 控制策略由于其具有较强的鲁棒性,物理意义比较直观明确,参数整定比较直观简单,工程应用十分广泛,所以研究磁悬浮轴承控制系统的PID 控制策略设计及参数整定算法具有十分重要的意义。
1磁悬浮轴承控制系统的模型磁轴承系统是一个非常复杂的机电一体化系统,用数学模型精确地描述是非常困难的,一般都采用在平衡点附近进行分析,再进行线性化处理。
在不考虑五自由度之间耦合的情况下,只需进行单自由度的分析,如图1所示。
图1单自由度磁悬浮轴承控制系统基本结构框图图1中,通过位移传感器实时检测出轴承的位移信息,然后将该位移反馈信号馈送至控制器,控制器按照一定的控制规律分析计算出控制指令,并通过功率放大器放大该控制信号,最后通过电磁铁产生所需要的悬浮力,使转子稳定悬浮在给定的位置上。
一般的径向磁力轴承采用八个极对称结构,C 0为转子稳定悬浮时定子转子间的气隙,θ为磁极和坐标轴之间的夹角。
在忽略铁芯磁化和漏磁影响的情况下,每对极电磁铁线圈匝数为2n 匝,电磁铁的横截面积为S ,气隙为C 0。
当转子向X 轴正方向位移移动x 时,X 轴上端转子和电磁铁的位移为C 0+x cos θ,下端转子和电磁铁的位移为C 0-x cos θ。
当采用差动控制方式时,如果静态偏置电流为I 0,控制电流为i x 时,则上线圈通电流I 0-i x ,下线圈通电流I 0+i x 。
PID控制器在磁悬浮球系统实验中的应用
Ｐ 制器在磁悬浮球 系统 实验 中的应用 Ｉ Ｄ控
于建 立 ， 崔亚君 。 磊 殷
（ 海军航空工程学院 青岛分院 ， 山东 青岛 ２ ６４ ） ６０ １
摘 要： 设计 了一个 ＰＤ控 制器对 实验室 已有的磁悬 浮球 系统进行 了改进 ， Ｉ 通过 对 ＰＤ控制 器参数 的调 整 ， Ｉ 来优 化磁悬
图４ ｌｄ 控 制 器 阶跃 信 号 系统 响 应 图 ａ ｉ
当已知系统 的临界 比例增益 和振荡 周期 说 Ｉ 能够满足控 时 ， 可 以用经 验整 定公 式来 确定 ＰＤ控 制器 的 也 Ｉ 定悬浮 ， 明采用 ＰＤ控制器进行校正 ， 制要 求 。 参 数 另外 ，观察此时的伯德 图和奈奎斯特 图也能够 ＫＰ＝０．Ｋｃ ６ ； 证 明这 一点 。 ＝ ０ Ｓ ， ．Ｔ ；
ｏ Ｔ ＝０ １ ５ ．２
从示波器的输 出波形可 以明显看 出 ，加入 ＰＤ Ｉ 控制器后 ， 小球 的抗 干扰能力明显提高 ， 能够维持稳
其 中， 特征参数 和 一般由系统整定实验确 定， 或者用频率特性分析算法 ， 根据受控过程 Ｇ ） 直 接计算结果 ， 即由增益裕度确定 ， 由截止频率 确
对实验室 已有的磁悬浮系统通过 ＰＤ控制器参数的 Ｉ 调 整进 行 优 化 。然后 利 用 Ｍａａ 件对 控 制 系统 进 ｔ ｂ软 ｌ 行 了仿真并通过仿真 图形进行性能分析 ，实现 了对 磁悬浮球系统的稳定控制。实验证实 ， ＰＤ控制器 该 Ｉ
的设 计 是 正确 可行 的 。
图３ 加 入 Ｐ Ｄ校 正 后 磁 悬 浮 球 系统 方 框 图 Ｉ
为积分时间常数 ； 为微分 时间常数 。
此 时 ， 统 的闭 环传 递 函数 系
磁悬浮平台的解耦模糊PID控制
磁悬浮平台的解耦模糊PID控制
胡汉辉;谭青
【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(040)004
【摘要】介绍差动式磁悬浮平台的结构与工作原理,建立磁悬浮平台的数学模型.采用输入输出空间变量变换实现平台3自由度的解耦,研究磁悬浮平台的模糊PID控制.该控制方法根据不同的偏差E、偏差变化率EC对PID参数Kp,Ki和Kd进行自校正,给出了Kp,Ki和Kd的模糊规则表.实验结果表明:平台的阶跃响应超调量很小,约为6%,上升时间约为0.1 s,稳态误差约为2%:当平台被迫向下偏移0.2 mm时,系统仍能快速回到平衡位置且稳定悬浮,系统具有很好的刚度阻尼特性和鲁棒性.【总页数】6页(P963-968)
【作者】胡汉辉;谭青
【作者单位】中南大学,机电工程学院,湖南,长沙,410083;湖南工业职业技术学院,电气工程系,湖南,长沙,410082;中南大学,机电工程学院,湖南,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TM273.1
【相关文献】
1.基于改进粒子群优化的主动磁悬浮轴承模糊PID控制 [J], 姜宏伟;赵耀
2.直线电机驱动的磁悬浮平台推力动态解耦控制 [J], 刘德君;郭庆鼎;翁秀华
3.新型混合励磁磁悬浮进给平台的解耦控制研究 [J], 杨红兵;余思佳;戴跃洪;谢耿
琳;李晶
4.基于输入解耦的6DOF磁悬浮平台悬浮高度的H∞控制 [J], 郭庆鼎;刘德君;赵希梅
5.模糊PID控制在电磁悬浮平台中的应用 [J], 许良琼;陆新江;李群明
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采用PID控制器设计磁悬浮小球控制系统
仿真图形
▪ 仿真图形
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仿真结果分析
▪ 仿真结果分析
▪
在系统未加PID控制后，系统开环不稳定，当有一微
小扰动时，小球将偏离平衡位置；在系统加入PID控制后，
设置其参数，如图8所示，系统的各项性能指标都得到了提
高，最终到达稳定,从而实现了对磁悬浮小球系统稳定性控
制的目的。
系统传函
▪ 以小球位移为输出，电压为输入，可得系统的传递函数为
：
k2
G(s)
s3
k3s2
k1 k1s k1k3
k 0 AN 2
2
k1
2ki02 m x03
k2
2ki0 m x02
PHale Waihona Puke ge ▪ 4k3R L
未加PID 时的仿真结果
▪ 仿真图 如图所示
如图所示，系统开环不稳定
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求磁悬浮小球系统的传递函数
▪ 描述磁悬浮小球系统的方程可由下面方程确定：
m d 2 x(t) mg F (i, x) dt 2
F (i, x) 0 AN2 i 2
2 x
m
g
F
i0 ,
x0
0
AN 2
2
i0 x0
2
U t Rit L di(t)
dt
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利用PID来改善磁悬浮小球控制系统的性能。
▪ 利用MATLAB设计具有PID调节器的磁悬浮小球控制系统， 其控制系统简图如图4所示。
在Matlab中的Simulink环境下，建立系统 的控制总方框图，如图7所示
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新型磁悬浮转子系统的专家PID控制研究
ＬＥＩＹｏ ｇ，ＬＩＱｕ — ｎ ｎ ｎ ｍｉｇ，ＤＵＡＮ ｉａ Ｊ—ｎ，ＨＵＡＮＧ ｉｇ ｈ ｉ Ｍ ｎ — ｕ
（ ｏｌｇ ｆＭ ｅ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｅ ｔｉａ ｇｎ ｅｉｇ，Ｃｅ ｔａ ｏ ｔ ｉｅｓｔ Ｃ ｌ ｅｏ ｃ ａ ｉ ｄ Ｅｌｃｒｃ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ ｅ ａ ａ ｎ ｒ ｌＳ ｕ ｈ Ｕｎｖ ｒｉｙ，Ｃｈ ｎ ｓ ａ ４ ０ ８ ，Ｃｈ ｎ ） ａ ｇｈ １ ０ ３ ｉａ
中 图 分 类 号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ —５ Ｘ（０ ７ ０ —０ ６０ ０ ６７ ４ ２ ０ ） １０ １—５
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｘ ｅ ｔ ＰＩ ｃ ｎｔ ｏ ｎ ｎｅ ｍ ａ ｎｅ ｉ ｓ ａ ｃ ｎ ｅ ｐ ｒ － Ｄ ｏ ｒ ｌ ｏ ｗ ｇ ｔｃ ｓ ｓ ｅ ｉ ｎ ｒ ｔ ｒ ｓ ｓｅ ｕ ｐ ｎｓ ｏ ｏ ｏ ｙ ｔ ｍ
ｎ ｗ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ａ ａ ｉｆｃｏ ｙ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ａ ｕ ｐ ｎ ｕ ｃ ｌ ｎ ｔ ｂｙ ｕ ｄ ｒｔ ｅ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｈ ｓ ｓ ｔ ａ ｔ ｒ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｓ ｓ ｅ ｄ ｑ ｉｋ ｙ ａ ｄ ｓａ ｌ ｎ ｅ ｈ ｓ
论 了刚度阻尼和控制 系统的关 系， 通过 此关 系确定 了常规 Ｐ Ｄ的控制参 数．利用常 规 ＰＤ 的 ３个参 数作为专 家 Ｉ Ｉ ＰＤ控制器的初始参数设计了专家 ＰＤ控制器 ， 在磁悬浮轴承平 台上进行 了实验 ．实验结果证明此新 型磁悬 浮 Ｉ Ｉ 并
轴 承 控 制 系 统 在 专 家 ＰＤ 控 制 器 的 作 用 下 能 够 快 速 、 定 悬 浮 ， 能 良好 ． Ｉ 稳 性 关 键 词 ： 悬 浮 轴 承 ；专 家 Ｐ Ｄ 控 制 ；刚度 ； 尼 磁 Ｉ 阻
磁悬浮系统建模及其PID控制器设计
《Mａtlab仿真技术》设计报告题目磁悬浮系统建模及其PID控制器设计专业班级电气工程及其自动化１1**班学号 2学生姓名 *＊指导教师＊*学院名称电气信息工程学院完成日期： 201４年 5 月 7 日磁悬浮系统建模及其ＰＩD控制器设计Magneｔｉc leｖｉtatiｏn systｅm bａｓe ｄon PＩD controｌlｅr sｉmulａtion摘要磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点,在能源、交通、航空航天、机械工业与生命科学等高科技领域有着广泛得应用背景。
随着磁悬浮技术得广泛应用,对磁悬浮系统得控制已成为首要问题。
本设计以PID 控制为原理,设计出PＩD控制器对磁悬浮系统进行控制。
在分析磁悬浮系统构成及工作原理得基础上,建立磁悬浮控制系统得数学模型，并以此为研究对象,设计了ＰID控制器,确定控制方案,运用MATＬAB软件进行仿真，得出较好得控制参数，并对磁悬浮控制系统进行实时控制，验证控制参数。
最后,本设计对以后研究工作得重点进行了思考，提出了自己得见解。
PＩD控制器自产生以来,一直就是工业生产过程中应用最广、也就是最成熟得控制器。
目前大多数工业控制器都就是PID控制器或其改进型。
尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现,但PID控制器还就是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点,处于主导地位。
关键字:磁悬浮系统;ＰID控制器;MＡTＬAB仿真一、磁悬浮技术简介1、概述:磁悬浮就是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮得平衡状态,磁悬浮瞧起来简单,但就是具体磁悬浮悬浮特性得实现却经历了一个漫长得岁月。
由于磁悬浮技术原理就是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体得典型得机电一体化高新技术。
伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料得发展与转子动力学得进一步得研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方面。
1900年初,美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营得若干猜想--也就就是磁悬浮得早期模型。
磁悬浮平台系统的P-Fuzzy-PID控制
改 善 系 统 的 动 态 性 能 ， 用 积 分 控 制 可 以 消 除 静 差 ， 系 统 稳 态 性 能 变 好 。 仿 真 结 果 表 明 用 Ｐ Ｆ ｚｙＰ 应 使 —ｕｚ—Ｉ
维普资讯
２０ 年第１ 期 ０６ ２
文 章 编 号 ：０ １ ２ ６ （０ ６ １ ０ ４ ０ １０ — ２５ ２ ０ ）２— ０ ５— ３
・ 制 与检 测 ・ 控
磁 悬 浮 平 台 系统 的 ＰＦ ｚ —Ｉ 制 术 －ｕｚ ＰＤ控 ｙ
杨 霞， 吴红波 ， 李新叶 ， 郭庆鼎
（ 阳工 业大学 电气工 程学 院 ， 阳 １０ ２ ） 沈 沈 １０ ３
摘 要 ： 悬 浮 平 台 控 制 系 统 是 典 型 的 非 线 性 迟 滞 系 统 ， 以 获 得 精 确 数 学 模 型 ， 纯 采 用 经 典 Ｐ Ｄ 控 制 磁 难 单 Ｉ 或 Ｆ ｚｙ控 制 难 以 满 足 系 统 的 快 速 性 、 定 性 、 棒 性 等 要 求 。 文 章 针 对 磁 悬 浮 平 台 系 统 的 特 点 ， 用 了 ｕｚ 稳 鲁 采
方 法 对 悬 浮 平 台进 行 控 制 ， 以 得 到 理 想 的 控 制 效 果 。 可
关 键 词 ： 悬 浮 平 台 系统 ； —ｕｚ—Ｉ 制 ： 线 电 机 磁 Ｐ Ｆ ｚｙＰ 控 直
中 图 分 类 号 ：Ｐ ７ Ｔ２ ３
文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｐ－ Ｆｕｚ ｙ・ Ｄ ｎｔ ｏ ｎ ａ ｅ ｉ ｚ・ ＰＩ Ｃｏ ｒ ｌｉ ａ Ｍ ｇｎ ｔｃ Ｓｕｓ ｎｓｏ ａ ｆ ｒ Ｓｙ ｔ ｍ ｐｅ ｉ ｎ Ｐｌｔｏ ｍ ｓｅ
磁悬浮小球的PID控制
太原科技大学华科学院毕业设计（论文）任务书
学院（直属系）：电子信息工程系时间：2013年2月27日
学生姓名
指导教师
设计（论文）题目
磁悬浮小球系统的PID控制
主要研
究内容
掌握磁悬浮小球实验装置的软、硬件结构，能分析系统的控制特性；理解PID控制算法的理论知识和PID控制现场调试方法；能运用PID控制算法实现磁悬浮小球系统的稳定控制。
研究方法
理论分析与实验相结合
主要技术指标(或研究目标)
学会控制系统控制特性进行分析的一般方法和步骤，在此基础上选择合适的控制算法；
掌握一般控制系统PID控制算法的仿真研究和实验过程中控制器参数的调节方法。
教研室
意见
教研室主任（专业负责人）签字：年月日
说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。
②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。
③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对的运动。这种方式主要运动于超导磁悬浮列车的悬浮装置上。但是，在低速时由于得不到足够的悬浮力，限制了这种方式的广泛应用。
目前，关于磁悬浮技术的研究与开发在国内外都处于快速发展之中。磁悬浮技术从原理上来说不难以理解，但是真正将其产业化却是近几年才开始的。
1.2
磁悬浮可分为以下3种主要应用方式[2]：
基于PID控制的磁悬浮系统设计
作者简介 ： 王泽阳 ， ， 男 陕西渭南人 ， １ ８ 一 ， （ ９ ９ ）北京科 技大 学， 究方 向： 研 人工智能 。 参考文献 ： 【】 亮． 级航运 安全 管理信 息 系统 的设 计 与实现 【】 连海事 学院 １曹 省 Ｄ． 大
一
图 ６ 仿真结果图
图 ７ 小球悬浮结果
参考文献 ： … 朱 晓 明 ， 雪 松 ， 东 升 ． 种 新 的 磁 悬 浮 系 统 建 模 方 法 中 国科 技 论 梅 张 一 文 在 线 ．０ ７年 ． ２０
【】 ２丁新 平 ， 杨俊 友 ， 孙荣斌 ． 基于 干扰观 测器 ＰＤ控 制的磁 悬浮 系统 沈 ｌ
图 ２ 磁 悬 浮 闭环 系统 图 ＰＤ控 制ຫໍສະໝຸດ 器 的 传 递 函 数 为 ： ｌ
删 ｓ ，
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２１ Ｉ 制器 的基 本原 理 ． Ｄ控 Ｐ 般 常规 ＰＤ控 制系统原理 图如 图 ３所示 ， Ｉ 系统主要 由 ＰＤ控 Ｉ
２０ ． ０６ ３
（ 接 第 ２ ７页 ） 上 ７ 以一 种 快 捷 方 便 的 方 式 ，全 天 候 提 供 企 业 及 其 产 品 的 信 息 及 客 户 所 需 的服 务 ， 且 交 互 方 式 不 受 地 域 的 限制 。 在 传 统 营 销 活 动 中要 想 并 如
取 得 用 户 的 反 馈 信 息 需 要耗 费 大 量 人 才 、 力 ， 在 电子 商 务 时 代 ， 物 而 【］ ２王威 电子政务 中公文安全传输 系统 的设计 【 ｌ Ｄ】 大连理工大学 ２ ０ ． ０ ６５ 只 要 给 数据 库 中 的相 关 用 户 发 送 一 份 电子 邮 件 （ ｍａｌ， 在 产 品 页 Ｅ ｉ 或 ） 【】 ３姚远 我 国大型网上零售企业 的网络营销策略研 究【】 Ｄ． 东北财经 大学 面上增加一个 “ ｉｏ 的按钮 或链接 ， Ｍａｔ ” ｌ 用户就能 很方便地 将他们 的 ２ ０７． ０ ８． 意 见和 想法 告 诉 销 售 商 。 以看 出 ： 有在 电 子商 务环 境 下 才 能 真 正 可 只 【】 ４石志华 买方主导式 电子采购 系统应用研 究【 】 Ｄ 华中科技大学．０ ６４ ２ ０
磁力悬浮系统的PID控制策略设计及仿真
毕业设计（论文）题目磁力悬浮系统的PID控制策略设计及仿真学生姓名专业班级电气工程及其自动化学号系（部）指导教师(职称)完成时间目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 ························································································ - 1 -1.1 磁悬浮技术简介·································································· - 1 -1.2 磁悬浮分类········································································ - 1 -1.3 控制方式分类····································································· - 2 -1.4 磁悬浮技术的应用与展望 ······················································ - 2 -1.5本论文的工作任务及主要内容················································· - 4 -2 磁悬浮球系统数学建模及稳定性分析 ·············································· - 5 -2.1 磁悬浮球系统的基本结构及工作原理 ······································· - 5 -2.2 系统运动方程的推导···························································· - 5 -2.3 磁悬浮球系统稳的定性分析 ··················································· - 7 -2.4 磁悬浮球系统建模······························································· - 8 -3 传统PID控制器设计 ··································································- 11 -3.1 控制方案··········································································- 11 -3.1.1 电流控制器···································································- 11 -3.1.2 电压控制器···································································- 11 -3.2 PID控制器系统的模型建立·················································· - 12 -3.3 PID控制器K、I T、D T这三个参数的选取······························· - 14 -P3.4 PID控制器对磁悬浮球系统控制性能的分析····························· - 15 -3.5 利用MATLAB软件对PID参数进行系统仿真 ····························· - 16 -3.5.1 开环系统仿真 ······························································· - 17 -3.5.2 闭环系统仿真 ······························································· - 17 -3.6 PID参数整定···································································· - 18 - 4模糊PID控制器磁悬浮球控制系统 ················································ - 21 -4.1 模糊控制的基本原理·························································· - 21 -4.2 模糊PID控制器结构·························································· - 21 -4.3 模糊PID的实现································································ - 22 -4.4 PID参数模糊调整规则························································ - 22 -5 MATLAB仿真············································································· - 24 -5.1 模糊PID在MATLAB下的实现 ··············································· - 24 -5.2 磁悬浮系统即时控制及分析 ················································· - 24 - 结束语 ······················································································ - 27 - 致谢 ······················································································ - 28 - 参考文献 ··················································································· - 29 -磁力悬浮系统的PID控制策略设计及仿真摘要磁悬浮技术具有以下优点：无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等。
模糊PID控制器在磁悬浮系统中的应用
真 。对控制效果进行分析 ， 明模糊 ＰＤ控制 器对非线性 系统控制具有 良好 的鲁棒性 。 证 Ｉ
关键词 ： ＭＡＴ ＡＢ仿真 ； Ｌ 自动控制原理 ； 学改革 ； 教 系统分析设 计
中 图分 类 号 ： Ｐ １ 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０ ９ ３ ４ （０ ２０ — ０ ９ ０ Ｔ ３１ Ａ １ ０ — ０４２ １ ）１ ０ ９ — ４
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｚ Ｉ Ｃｏ ｔ ｏ ｌ ｒｔ ａ ｎ ｔｃＬｅ ｉ ｉｏ ｙ ｔ ｍ ｐ ｉ ｔ ｆＦ ｚ ｙ Ｐ Ｄ ｎ ｒ ｌ Ｍ ｇ ｅ ｉ ｖ ￣ｆ ｎ Ｓ ｓｅ ｃ ｏ ｅ ｏ
ＸＩ ＡＮ Ｇ ｉｏ—ｙａ ＬＩ Ｘ ａ ｎ， ＡＮ Ｇ ｎｇ ｕａ Ｐｉ —ｙ ｎ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：ｍ ａ ｅ ｉ ｅ ｔｔｏｎ ｓ ｔｍ ； ｕ ｚ Ｄ ｏｎｔｏｌ ｄｓ ｎ ｇ ｔｃｌｖｉａ ｉ ｙｓｅ ｆ ｚ ｙ ＰＩ ｃ ｒ
磁悬浮控制 系统 是典型的非线性迟滞系统 ， 以难 以为 系统建立精确 的数学模 型 。传统的 ＰＤ控制 由于得不 到精确 的数 学模 所 Ｉ 型， 并且 动态性能较 差， 以控制效果并 不很 理想 。模 糊控制类 似于 比例微分 的控制方式 ， 所 还有 一个 非零 的稳 态误 差 ， 属于有差调 节 。ＰＤ控制 的动态性能较差， 积分功能可以消除静差， 以使稳态性 能变好 。而模糊 ＰＤ控制器将两种方法结合起来 ， Ｉ 但其 可 Ｉ 取长补 短， 具有 良好 的动态性 能 （ 糊控制 器 ） 模 和稳态性 能 （Ｉ ＰＤ控制器 ） 。常规 ＰＤ控制 器无法实 现参数 的在线 调整 ， Ｉ 而模糊 ＰＤ在常规 Ｉ ＰＤ的基础上加设模糊参数 自整定控制器 ， Ｉ 使其根据 系统 的偏差 的大小 、 向、 方 以及变化趋势等特征 ， 过 Ｆ ｚｙ 通 ｕｚ 推理作 出相应决策 ， 自动的调整 ＰＤ的三个参数 ， Ｉ 以便达到更加满意 的控制效果的 目的。
磁悬浮系统建模及其PID控制器设计
《Matlab仿真技术》之迟辟智美创作设计陈说题目磁悬浮系统建模及其PID控制器设计专业班级电气工程及其自动化11**班学号201110710247学生姓名**指导教师**学院名称电气信息工程学院完成日期：2014 年 5 月7 日磁悬浮系统建模及其PID控制器设计Magnetic levitation system based on PID controller simulation摘要磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点，在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用布景.随着磁悬浮技术的广泛应用，对磁悬浮系统的控制已成为首要问题.本设计以PID控制为原理，设计出PID控制器对磁悬浮系统进行控制.在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立磁悬浮控制系统的数学模型，并以此为研究对象，设计了PID控制器，确定控制方案，运用MATLAB软件进行仿真，得出较好的控制参数，并对磁悬浮控制系统进行实时控制，验证控制参数.最后，本设计对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解.PID控制器自发生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器.目前年夜大都工业控制器都是PID控制器或其改进型.尽管在控制领域，各种新型控制器不竭涌现，但PID控制器还是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点，处于主导位置.关键字：磁悬浮系统；PID控制器；MATLAB仿真一、磁悬浮技术简介1.概述：磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，可是具体磁悬浮悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月.由于磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处置、机械学、动力学为一体的典范的机电一体化高新技术.陪伴着电子技术、控制工程、信号处置元器件、电磁理论及新型电磁资料的发展和转子动力学的进一步的研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方面.1900年初，美国，法国等专家曾提出物体解脱自身重力阻力并高效运营的若干猜想--也就是磁悬浮的早期模型.并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性.然而，那时由于科学技术以及资料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段，未提出一个切实可行的法子来实现这一目标.1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念，同时指出：单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都坚持在自由稳定的悬浮状态.1934年，德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利.在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行.德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”.1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统.1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不竭加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿年夜、法国、英国等发达国家相继开始规画进行磁悬浮运输系统的开发.2009年时，国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承.它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极年夜的兴趣和研究热情.2. 磁悬浮技术的应用及展望20世纪60年代，世界上呈现了3个载人的气垫车试验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统.随着技术的发展，特别是固体电子学的呈现，使原来十分庞年夜的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能.1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车模型，以后命名为TR01型，该车在1km轨道上的时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑.在制造磁悬浮列车的角逐中，日本和德国是两年夜竞争敌手.1994年2月24 日，日本的电动悬浮式磁悬浮列车，在宫崎一段74km长的试验线上，缔造了时速431km的日本最高纪录.1999年4月，日本研制的超导磁悬浮列车在试验线上到达时速552km.德国经过近20年的努力，技术上已趋于成熟，已具有建造运用的水平.原计划在汉堡和柏林之间修建第一条时速为400km的磁悬浮铁路，总长度为248km，预计2003年正式投入营运.但由于资金计划问题，2002年宣布停止了这一计划.我国对磁悬浮列车的研究工作起步较晚，1989年3月，国防科技年夜学研制出我国第一台磁悬浮试验样车.1995年，我国第一条磁悬浮列车实验线在西南交通年夜学建成，而且胜利进行了稳定悬浮、导向、驱动控制和载人等时速为300km的试验.西南交通年夜学这条试验线的建成，标识表记标帜我国已经掌握了制造磁悬浮列车的技术.然而，2001年3月上海的磁悬浮列车开始营运，标识表记标帜着我国成为世界上第一个具有磁悬浮运营铁路的国家.3. 磁悬浮系统的结构3.1 系统组成本设计所使用的磁悬浮实验装置系统，是由固高科技有限公司所生产的磁悬浮实验装置GML1001.此磁悬浮实验装置由LED光源、电磁铁、光电传感器、功放模块、模拟量控制模块、数据收集卡和被控对象(钢球)等元器件组成，其结构简单，实验控制效果直观明了，极富有趣味性.它是一个典范的吸浮式悬浮系统.此系统可以分为磁悬浮实验本体、电控箱及由数据收集卡和普通PC机组成的控制平台等三年夜部份.系统组成主要由所需设计的PID控制器，以电磁铁为执行器，小球位置传感器和被控对象钢球组成，系统框图如图1所示.图1 磁悬浮控制系统框图3.2 磁悬浮实验本体电磁铁绕组中通以一定的电流或者加上一定的电压会发生电磁力，控制电磁铁绕组中的电流或者绕组两真个电压，使之发生的电磁力与钢球的重量相平衡，钢球就可以悬浮在空中而处于平衡状态.可是这种平衡状态是一种不稳定平衡.此系统是一开环不稳定系统.主要有以下几个部份组成：箱体、电磁铁、传感器.3.3 磁悬浮实验电控箱电控箱内装置有如下主要部件：直流线性电源、传感器后处置模块、电磁铁驱动模块、空气开关、接触器、开关、指示灯等电气元件.3.4 磁悬浮实验平台与IBM PC/AT机兼容的PC机，带PCI总线插槽，PCI1711数据收集卡及其驱动法式演示实验软件.磁悬浮系统是一个典范的非线性开环不稳定系统.电磁铁绕组中通以一定的电流或者加上一定的电压会发生电磁力，控制电磁铁绕组中的电流或电压，使之发生的电磁力与钢球的重力相平衡，钢球就可以悬浮在空中而处于平衡状态.可是这种平衡状态是一种开环不稳定的平衡，这是由于电磁铁与钢球之间的电磁力年夜小与它们之间的距离的平方成反比，只要平衡状态稍微受到扰动（如：加在电磁铁线圈上的电压发生脉动、周围的震动等），就会招致钢球失落下来或被电磁铁吸住，不能稳定悬浮，因此必需对系统实现闭环控制.由LED光源和传感器组成的丈量装置检测钢球与电磁铁之间的距离变动，当钢球受到扰动下降，钢球与电磁铁之间的距离增年夜，传感器感受到光强的变动而发生相应的变动信号，经（数字或模拟）控制器调节、功率放年夜器放年夜处置后，使电磁铁控制绕组中的控制电流相应增年夜，电磁力增年夜，钢球被吸回平衡位置.二、磁悬浮球系统的工作原理磁悬浮控制系统由铁心、线圈、光位移传感器、控制器、功率放年夜器和被控对象(钢球)等元器件组成.它是一个典范的吸浮式悬浮系统.系统开环结构如图2所示.图2系统开环结构图电磁铁绕组中通以一定的电流会发生电磁力，控制电磁铁绕组中的电流，使之发生的电磁力与钢球的重力相平衡，钢球就可以悬浮于空中而处于平衡状态.可是这种平衡是一种不稳定平衡，这是由于电磁铁与钢球之间的电磁力的年夜小与它们之间的距离)(t x 成反比，只要平衡状态稍微受到扰动(如：加在电磁铁线圈上的电压发生脉动、周围的振动、风等)，就会招致钢球失落下来或被电磁铁吸住，因此必需对系统实现闭环控制.由电涡流位移传感器检测钢球与电磁铁之间的距离()x t 变动，当钢球受到扰动下降，钢球与电磁铁之间的距离()x t 增年夜，传感器输出电压增年夜，经控制器计算、功率放年夜器放年夜处置后，使电磁铁绕组中的控制电流相应增年夜，电磁力增年夜，钢球被吸回平衡位置，反之亦然.三、控制对象的运动方程在物理法则允许条件下，建立磁悬浮系统的数学模型，假设A1 铁芯是磁饱和的，没有磁滞现象；A2 铁芯的磁通率无限年夜A3 无视铁芯中的生成电流A4 线圈中的电磁感应系数在平衡点附近是常数在以上假设条件下，利用浮球的运动方程，磁铁引力，电路方程式等，建立以下等式：)()(22t f Mg dtt x d M -= （1） 202))(())(()(x t x X t i I k t f +++= （2） )())(()(t e E t i I R dtt di L +=++ （3） 这里，M 暗示铁球的质量，X 暗示电磁铁和铁球的定常间隙（气隙），)(t f 是电磁铁的引力，k ，0x 是对电磁体实际特性的修正参数，对应的参数值由实验辨识获得.R L ,是电磁铁的电磁感应系数,阻抗.对（2）式的非线性暗示，利用泰勒级数做近似处置获得：)()()()(202t i K t x K x X kI t f i x +-+= （4） 302)(2x X kI K x +=20)(2x X kI K i += （5） 在平衡点),,,(0E x X I 处，有 202)(x X kI Mg += （6） E RI = （7）再结合（1）和（4）可得)()()(22t i K t x Kt x d M i x -= 四、磁悬浮系统在Simulink 环境下的仿真模型根据以上的磁悬浮系统运动方程可以在matlab软件上面绘制出仿真模型如下图3所示：图3 磁悬浮系统的运动方程搭建被控对象在Simulink环境下的仿真模型五、P ID控制器的设计1. PID控制器PID(proportional-integral-derivative)控制是在经典控制理论的基础上，通过长期的工程实践总结形成的一种控制方法，其参数物理意义明确，结构改变比力灵活，鲁棒性较强，易于实现，在年夜大都工业生产过程中控制效果较为显著.现阶段，PID 控制仍然是首选的控制战略之一.本设计的磁悬浮控制系统也是先检验考试用PID 控制器来实现控制.PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制器，对被控对象进行控制.1.1 模拟PID 控制模拟PID 控制器在时域的输入输出关系为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰dt t de dt t e t e K t u d t i p )()(1)()(0ττ(18) 对应PID 调节器的传递函数为： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++==s s K s E s U s G d i p c ττ11)()()((19) 式(19)中p K 为比例增益，i τ为积分时间常数，d τ为微分时间常数，)(t u 为控制量，)(t e 为控制偏差.PID 控制方法具有简单明了，便于设计和参数调整等优点.比例系数p K 主要影响系统的响应速度.增年夜比例系数，会提高系统的响应速度；反之，减小比例系数，会使调节过程变慢，增加系统调节时间.可是在接近稳态区域时，如果比例系数选择过年夜，则会招致过年夜的超调，甚至可能带来系统的不稳定.积分时间常数i τ主要影响系统的稳态精度.积分作用的引入，能消除系统静差，可是在系统响应过程的早期，一般偏差比力年夜，如果不选取适当的积分系数，就可能使系统响应过程呈现较年夜的超调或者引起积分饱和现象.微分时间常数d τ主要影响系统的静态性能.因为微分作用主要是响应系统误差变动速率的，它主要是在系统响应过程中当误差向某个方向变动时起制举措用，提前预报误差的变动方向，能有效地减小超调.可是如果微分时间常数过年夜，就会使阻尼过年夜，招致系统调节时间过长.1.2 数字PID 控制由于数字处置器只能计算数字量，无法进行连续PID 运算，所以若使用数字处置器来实现PID 算法，则必需对PID 算法进行离散化.数字PID 调节器的设计可以通过首先用经典控制理论设计出性能比力满意的模拟调节器，然后通过离散化方法获得.PID 算法的离散化有位置式和增量式两种经常使用实现方式.按模拟PID 控制算法，以一系列的采样时刻点kT 取代连续时间t ，以矩形法数值积分近似取代积分，以一阶向后差分近似取代微分，即可得位置式离散PID 表达式为：)]1()([)()()(0--++=∑=k e k e K j e K k e K k u d kj i p (20)式(20)中，i p i T K K τ/=，T K K d p d /τ=.T 为采样周期，k 为采样序号，,2,1=k ……，)1(-k e和)(k e 分别为第1-k 和第k 时刻所得的偏差信号.当执行机构需要的是控制量的增量时，采纳增量式PID 控制算法.增量式PID 控制算法表达式为：[][])2()1(2)()()1()()(-+--++--=∆k e k e k e K k e K k e k e K k u d i p (21)在本设计中，由于是利用MATLAB 来实现PID 控制，故直接调用MATLAB 中自带的Discrete PID Controller 模块，防止了用高级语言描述差分方程的繁琐，仅需要确定PID 控制器的参数就可以轻松的设计数字PID 控制器.1.3 改进PID 控制由于实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用惯例PID 控制器不能到达理想的控制效果，而且在实际生产现场中，由于受到参数整定方法繁杂的困扰，惯例PID 控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差.因此，在各种工业控制中，不单可以用惯例的PID 控制，而且可以根据系统的要求采纳各种PID 的变形形式，如不完全微分PID 控制、带死区的PID 控制、积分分离PID 控制、微分先行PID 控制、削弱积分作用PID 控制以及智能PID 控制等.图4仿真数据六、比例P、积分I、微分D三个调节参数对系统控制性能的影响1.当I=7000，D=900时，P分别为5000,7000,9000时的图像，如图4：图5 当I=7000，D=900时，P分别为5000,7000,9000时的图像比例系数pK主要影响系统的响应速度.增年夜比例系数，会提高系统的响应速度；反之，减小比例系数，会使调节过程变慢，增加系统调节时间.可是在接近稳态区域时，如果比例系数选择过年夜，则会招致过年夜的超调，甚至可能带来系统的不稳定.2.当P=9000，D=900时，I分别为5000,8000,12000时的图像，如图5：图6 当P=9000，D=900时，I分别为5000,8000,12000时的图像积分时间常数i主要影响系统的稳态精度.积分作用的引入，能消除系统静差，可是在系统响应过程的早期，一般偏差比力年夜，如果不选取适当的积分系数，就可能使系统响应过程呈现较年夜的超调或者引起积分饱和现象.3.当P=9000，I=7000，D分别为700，900，1100时的图像，如图7：图7当P=9000，I=7000，D分别为700，900，1100时的图像微分时间常数d主要影响系统的静态性能.因为微分作用主要是响应系统误差变动速率的，它主要是在系统响应过程中当误差向某个方向变动时起制举措用，提前预报误差的变动方向，能有效地减小超调.可是如果微分时间常数过年夜，就会使阻尼过年夜，招致系统调节时间过长.。
磁悬浮系统的模糊自适应PID控制
磁悬浮系统的模糊自适应PID控制
张静;徐林
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】2009(029)0z1
【摘要】针对磁悬浮系统开环不稳定、强烈非线性等特性,结合PID控制和模糊控制的优点,提出一种改进的模糊自适应PID控制方法(IFPID).将微分环节从模糊控制器中剥离出来,只对比例和积分参数进行模糊整定.设计时采用非线性模糊化,利用S-函数建立磁悬浮系统的非线性模型并进行仿真.仿真结果表明,IFPID控制系统的抗干扰和适应参数变化的能力都优于常规PID控制,具有较好的动态特性和稳定性.【总页数】4页(P329-331,334)
【作者】张静;徐林
【作者单位】哈尔滨理工大学,自动化学院,哈尔滨,150080;哈尔滨理工大学,自动化学院,哈尔滨,150080
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
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磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统模糊 PID控制器的设计
磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统模糊 PID控制器的设计蓝益鹏;邱超【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2013(000)007【摘要】为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力，实现无摩擦进给，采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机，将矢量控制分别应用于两套绕组，可以实现推力与悬浮力的解耦，进而实现对电动机悬浮子系统的独立控制。
针对悬浮子系统为非线性被控对象以及存在不确定性未知扰动的特性，设计模糊PID控制器，并将其应用到悬浮子系统位移环中，以满足悬浮系统控制高精度、高鲁棒性的要求。
仿真结果表明：该控制器能起到良好的抗干扰作用，系统的跟踪误差小，可以保持悬浮系统的稳定性。
%In order to eliminate the friction of numerical control machine tool feed system driven by linear motor,a new magnetic suspension permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM)was adopted. Vector control was applied to two sets of windings,so thrust and suspension force could be decoupled. Then the motor suspension subsystem could be controlled independently. It was diffi cult to control suspension subsystem of PMLSM because of the nonlinearity of the suspension subsystem model and uncertainty disturb ances. A fuzzy PID controller was designed,which was used in displacement loop of the suspension subsystem to meet high accuracy and high robustness control requirements. The simulation results indicate that the suspensionsubsystem with this controller has a good performance for restraint disturbance and track of input signal.【总页数】4页(P94-96,100)【作者】蓝益鹏;邱超【作者单位】沈阳工业大学电气学院，辽宁沈阳110870;沈阳工业大学电气学院，辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TM383【相关文献】1.磁悬浮系统的模糊PID控制器设计 [J], 耿涛;丁肇红2.可控磁路式永磁悬浮系统的模糊鲁棒控制∗ [J], 孙兴伟;夏鹏澎;金俊杰;李祥;孙凤;王可3.磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统H∞鲁棒控制器的设计 [J], 蓝益鹏;邱超;张振兴4.磁悬浮系统模糊PID控制器设计 [J], 吕冬明;徐春广;郝娟5.模糊PID控制器在磁悬浮系统中的应用 [J], 向晓燕;梁平原因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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本科毕业设计（论文）题目: 磁悬浮系统的PID控制姓名:学号:专业:指导教师:职称:日期:华科学院白皓：磁悬浮系统的PID控制摘要磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点，在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用背景。
本设计毕业设计在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立其数学模型，并以此为研究对象，设计了PID控制器，确定控制方案，运用MATLAB软件进行仿真研究，得出较好的控制参数。
最后，本文对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解。
关键词：磁悬浮系统控制器MATLAB软件PID控制I太原科技大学本科生毕业设计（论文）II白皓：磁悬浮系统的PID控制AbstractMagnetic suspension technology, which has a series of advantages such as contact-free, no friction, no wear, no need of lubrication and long life expectancy, is widely concerned and adopted in high-tech areas such as energy, transportation, aerospace, industrial machinery and life science．On the basis of analyzing of magnetic suspension system’s structure and working principle, its system mathematical model was established, this thesis describe PID controller designed and get control scheme. It get the better control parmeters by MATLAB software simulation studies.The key research works for further study are proposed at last．Key Word：Magnetic Levitation Ball System Digital Controller MATLAB PID ControlIII太原科技大学本科生毕业设计（论文）IV白皓：磁悬浮系统的PID控制目录摘要 (I)ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1磁悬浮技术综述 (1)1.1.1 前言 (1)1.1.2 磁悬浮方式的分类 (1)1.1.3 控制方式的分类 (2)1.1.4 磁悬浮技术的应用及展望 (2)1.2课题的提出及意义 (6)1.3本论文的工作及主要内容 (6)第2章磁悬浮系统的结构与建模 (9)2.1简介 (9)2.1.1 磁悬浮实验本体 (9)2.1.2 磁悬浮实验电控箱 (10)2.1.3 磁悬浮实验平台 (10)2.2磁悬浮系统的基本结构 (11)2.3磁悬浮系统工作原理 (11)2.4磁悬浮系统的数学模型 (12)2.4.1 控制对象的运动方程 (12)2.4.2 系统的电磁力模型 (12)2.4.3 电磁铁中控制电压与电流的模型 (13)2.4.4 电磁铁平衡时的边界条件 (14)2.4.5 电磁铁系统数学模型 (14)2.4.6 电磁铁系统物理参数 (15)2.5本章小结 (15)第3章控制器设计 (17)V太原科技大学本科生毕业设计（论文）VI白皓：磁悬浮系统的PID控制3.1控制器方案选择 (17)3.1.1 电流控制器 (17)3.1.2 电压控制器 (17)3.1.3 方案的确定 (18)3.2PID控制器设计 (18)3.2.1 PID控制器 (19)3.2.2 改进型PID算法的应用 (20)3.2.3 PID控制器参数整定 (22)3.3本章小结 (23)第4章基于MATLAB的控制系统仿真 (25)4.1引言 (25)4.2MATLAB软件简介 (25)4.3选用此软件的缘由 (26)4.4S IMULINK仿真系统 (26)4.5MATLAB下数学模型的建立 (27)4.6开环系统仿真 (27)4.7闭环系统仿真 (28)4.8PID参数现场实验法整定 (32)4.9本章小结 (36)第5章总结与展望 (37)参考文献 (39)致谢 (41)VII第1章绪论1.1 磁悬浮技术综述[1]1.1.1 前言磁悬浮技术属于自动控制技术，它是随着控制技术的发展而建立起来的。
磁悬浮的作用是利用磁场力使某一物体沿着或绕着某一基准框架的一轴或几轴保持固定位置。
由于悬浮体和支撑之间没有任何接触，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、无污染、无噪声、不受任何速度限制、安全可靠等优点，因此目前世界各国已广泛开展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。
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。
目前，关于磁悬浮技术的研究与开发在国内外都处于快速发展之中。
磁悬浮技术从原理上来说不难以理解，但是真正将其产业化却是近几年才开始的。
1.1.2 磁悬浮方式的分类一般而言，磁悬浮可分为以下3种主要的应用方式：a.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吸力，几乎绝大部分磁悬浮技术采用该技术。
虽然原理上这种吸引力是一种不稳定的力，但通过控制电磁铁电流的大小，可以将悬浮气隙保持在一定数值上。
随着现代控制理论的发展和驱动元器件高性能、低价格化，该方式得到了广泛应用。
在此基础上也有研究人员提出了把需要大电流励磁的电磁铁部分替换成可控型永久磁铁的方案，并深入的进行了研究和开发工作。
该方案可以大幅度的降低励磁损耗，甚至在额定悬浮高度时不需要能量，是一种非常值得注目的新技术。
b.永久磁铁斥力悬浮方式这种控制方式利用永久磁体间的斥力，一般产生斥力为1kg/cm2，所以被称为永久磁体斥力悬浮方式。
当然，根据所用的磁材料的不同，其产生的斥力相应变化。
但是，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。
近年来出现了一些该方式的产品，例如日本1994年4月公布的专利中，就有关于该方式配置方案的内容。
随着稀土材料的普及，该方式将会被更多的应用到各个领域。
c.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对的运动。
这种方式主要应用于超导磁悬浮列车的悬浮装置上。
但是，在低速时由于得不到足够的悬浮力，在低速或停止时需要有车轮来支撑车身。
从原理上而言，该方式很少被应用于低速传动机构。
1.1.3 控制方式的分类目前，磁悬浮控制应用技术分为数字控制方式和模拟控制方式。
随着近年来现代控制理论的日趋成熟，同时随着计算机计算速度的飞跃提高，数字式控制方式得到越来越多的应用。
与数字式控制相比，由于模拟式的控制部分为硬件构成，容易被技术人员理解、掌握和调试，并且相对价格比较低。
容易实现产品化、系列化，从而在产业界得到了广泛的应用。
目前的磁悬浮轴承产品大多数为模拟式控制。
但是，模拟运算电路一旦制板，则无法再做根本性修正，缺乏软件的灵活性，同时也无法发挥现代控制理论中 系统等理论的强大威力。
1.1.4 磁悬浮技术的应用及展望目前，磁悬浮技术的大规模应用主要集中在磁悬浮列车和磁悬浮轴承两方面：a.磁悬浮列车20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车试验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。
随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。
1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车模型，以后命名为TR01型，该车在1km轨道上的时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。
在制造磁悬浮列车的角逐中，日本和德国是两大竞争对手。
1994年2月24日，日本的电动悬浮式磁悬浮列车，在宫崎一段74km长的试验线上，创造了时速431km的日本最高纪录。
1999年4月，日本研制的超导磁悬浮列车在试验线上达到时速552km。
德国经过近20年的努力，技术上已趋于成熟，已具有建造运用的水平。
原计划在汉堡和柏林之间修建第一条时速为400km的磁悬浮铁路，总长度为248km，预计2003年正式投入营运。
但由于资金计划问题，2002年宣布停止了这一计划。
我国对磁悬浮列车的研究工作起步较晚，1989年3月，国防科技大学研制出我国第一台磁悬浮试验样车。
1995年，我国第一条磁悬浮列车实验线在西南交通大学建成，并且成功进行了稳定悬浮、导向、驱动控制和载人等时速为300km的试验。
西南交通大学这条试验线的建成，标志我国已经掌握了制造磁悬浮列车的技术。
然而，2001年3月上海13.8km的磁悬浮列车开始营运，标志着我国成为世界上第一个具有磁悬浮运营铁路的国家。
b.磁悬浮轴承(1)磁悬浮轴承工业应用1)航天工业方面[2][16]磁轴承主要应用对象有低轨道地球卫星和航天器中的超真空泵、中子粉碎机、卫星惯性飞轮和能量存储飞轮、姿态控制飞轮、火箭引擎透平泵、制冷透平泵、环状悬浮定位系统以及反射镜的驱动机械装置等。
2)机床主轴支承中的应用随着现代工业对加工精度要求的不断提高以及机床转速的增加，传统的滚动轴承和静压轴承均已明显地不能满足对支承的要求，其中尤以噪声、振动、发热及使用寿命的问题更为突出。
另外，在传统的轴承中，供油系统是必不可少的。
这不仅使结构更趋复杂，同时又产生了诸如污染等问题。
可幸的是上述问题在采用了磁轴承以后，均能获得圆满解决。
法国的S2M公司在数百台机床上成功地应用了磁轴承[3]，包括各种高精度车床、铣床和磨床，而磨床方面的应用尤为突出。
3)其它工业技术方面在一般工业生产中第一个装有磁轴承的是德国Leybol-Heraeus公司发明的涡轮机驱动的真空泵，其额定转速达30,000r/min，工作气隙直径90mm，转子重7kg，高真空、高转速、长寿命。
在轻工业中，磁轴承主要应用于涡轮分子真空泵、离心机液态泵、纺织机主轴、小型低温压缩机、旋转光学境主轴、旋转阳极射线管、中子分选器等。
法国研制成功一台冶金实验用的小型超高速离心机，其转速达800,000r/min。
在重工业中，磁轴承也得到了应用。
德国ABB公司采用磁轴承系统研制成功第一台大型核能用部件，即MALVE实验循环器，其转子重2吨，功率400k w，外伸推进器直径1.25m。