下推式磁悬浮系统软件设计
磁悬浮小球控制系统软件设计毕业设计(论文)
磁悬浮小球控制系统软件设计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。
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控制器自产生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器。
目前大多数工业控制器都是PID控制器或其改进型。
尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现，但PID控制器还是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点，处于主导地位。
关键字：磁悬浮系统，PID控制器，MATLAB仿真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．With the extensive application of maglev technology, the control of the maglev system has become a priority. In this paper, for the principle of PID control, PID controller designed to control magnetic suspension system.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 gets the better control parameters by MATLAB software simulation studies, and real-time control of magnetic suspension control system to verify the control parameters. The key research works for further study are proposed at last．Since PID controllers have been the process of industrial production has been most widely and most sophisticated controller. Most industrial controllers are PID controllers or modified. While in the control area, a variety of new controllers continue to emerge, but the PID controller is its simple structure, easy to implement, robust, etc., in a dominant position.Key words: magnetic suspension system; PID controller; MATLAB simulation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。
下推式磁悬浮关键器件参数说明文件
下推式磁悬浮关键器件参数说明文件一、概述磁悬浮技术是一种利用磁场作用力将物体悬浮起来的技术。
在磁悬浮系统中，下推式磁悬浮关键器件起着重要的作用。
本文将对下推式磁悬浮关键器件的参数进行详细说明。
二、磁悬浮技术的应用磁悬浮技术广泛应用于交通运输、工业生产等领域。
下推式磁悬浮关键器件作为磁悬浮系统中的核心部件，能够提供稳定的悬浮力和驱动力，从而实现物体的悬浮以及运动控制。
三、下推式磁悬浮关键器件的参数说明下推式磁悬浮关键器件有多个参数需要进行说明，包括： ### 1. 磁场控制模块下推式磁悬浮关键器件中的磁场控制模块负责产生磁场，控制悬浮体的运动。
磁场控制模块的参数包括： - 磁场稳定性：指磁场的稳定程度，通常以磁场波动范围来衡量。
- 磁场强度：指磁场的大小，通常以磁场密度来表示，单位为特斯拉（T）。
- 磁场方向：指磁场的方向，可以是单一方向或多个方向的组合。
2. 悬浮体结构下推式磁悬浮关键器件中的悬浮体结构决定了物体的悬浮方式和稳定性。
悬浮体结构的参数包括： - 材料选择：选择合适的材料以提供足够的磁场响应和强度。
- 结构稳定性：指悬浮体结构的稳定程度，可以通过模拟分析或实验测试得到。
3. 驱动力源下推式磁悬浮关键器件中的驱动力源负责提供推动力，驱动悬浮体运动。
驱动力源的参数包括： - 驱动力大小：指驱动力的大小，通常以牛顿（N）为单位。
- 驱动力响应速度：指驱动力的响应速度，通常以毫秒（ms）为单位。
4. 控制系统下推式磁悬浮关键器件中的控制系统负责对磁悬浮系统进行控制。
控制系统的参数包括： - 控制算法：选择合适的控制算法以实现对悬浮体的运动控制。
- 控制精度：指控制系统的精度，通常以位置误差或速度误差来衡量。
四、下推式磁悬浮关键器件的优势和挑战1. 优势•磁悬浮技术可以实现非接触式悬浮，减小了摩擦和磨损，提高了系统的可靠性和寿命。
•下推式磁悬浮关键器件能够提供稳定的悬浮力和驱动力，实现精确的物体控制。
磁悬浮控制装置设计开发方案及流程
磁悬浮控制装置设计开发方案及流程磁悬浮技术是一种新型的悬浮运输技术，它通过磁力将载体浮起并悬浮在导轨或导管上，从而实现高速、稳定的运输。
磁悬浮技术可以广泛应用于城市轨道交通、高速铁路、物流运输等领域。
磁悬浮控制装置是磁悬浮技术中的核心部件，负责控制磁悬浮载体的运动状态和速度，保证系统的安全和稳定运行。
本文将介绍磁悬浮控制装置的设计开发方案及流程。
1. 磁悬浮控制系统架构设计磁悬浮控制系统由控制器、传感器、执行器和电源等部分组成。
其基本架构通常包括采集子系统、控制子系统、执行子系统和通信子系统。
在设计磁悬浮控制系统架构时，需要考虑到系统的安全性、可靠性、高效性和优化性等方面。
2. 磁悬浮轨道数据采集与处理在磁悬浮控制系统中，轨道上的数据是非常重要的。
因此，在设计磁悬浮控制装置时，需要考虑如何采集和处理轨道数据。
通常会采用传感器对轨道上的数据进行采集，然后通过信号处理和数据分析等方式，对采集到的数据进行预处理和优化。
在磁悬浮控制系统中，控制算法的设计是至关重要的。
磁悬浮载体控制算法需要考虑到载体的运动状态、速度、加速度等因素。
通常会采用PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等方式，来实现磁悬浮载体控制。
磁悬浮控制系统的硬件设计是整个系统中最为基础和关键的部分。
在硬件设计时，需要考虑到系统的功耗、体积、重量和成本等因素。
通常会采用高速处理器、可编程逻辑器件、模拟电路和电源管理电路等元器件，来实现磁悬浮控制系统的硬件设计。
1.需要完成的主要工作在磁悬浮控制装置的开发过程中，需要完成的主要工作有：系统架构设计、硬件设计、软件开发、系统测试和实验评价等。
其中，硬件设计和软件开发是整个开发过程中最为重要的部分。
2.开发流程在磁悬浮控制装置的开发过程中，通常会按照以下开发流程进行：（1）系统需求分析。
首先，需要对磁悬浮控制装置的功能和性能需求进行分析和确定，以确保系统的稳定性和可靠性。
（2）系统架构设计。
基于STM32单片机的微型磁悬浮装置的设计
图 5 x 轴的双闭环串级 PID 控制框图
2.3 软件流程 本文选用 STM32F103C8T6 单片机作为主控制器，通
过 MDK ⁃Keil5 IDE 软件进行程序设计和调试见图 6 和 图 7。
图 6 主程序流程图
图 7 串口中断接收程序
图 6 和图 7 分别为主程序和串口中断接收程序两大 部分。在中断处理时，通过串口中断接收上位机发送来 的 命 令 和 数 据 ，并 缓 存 到 全 局 变 量 环 形 数 组 区 ，并 使 用 定时器中断设计 15 ms 控制周期定时。
调试完 PID 参数后，开始悬浮测试，该磁悬浮装置 的底座实物图如图 8 所示。本文使用直径 25 mm、厚度 10 ms 的圆柱体钕铁硼磁铁作为永磁体，以及直径 3 cm 厚度 5 mm 的圆柱体钕铁硼磁铁作为浮子。
第 14 期
杜明昊，等：基于 STM32 单片机的微型磁悬浮装置的设计
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子 的 位 置 信 息 ，以 永 磁 体 的 中 心 为 原 点 ，建 立 直 角 坐 标 系 ，霍 尔 h1 测 量 x 轴 方 向 上 的 浮 子 磁 通 量 信 息 ，霍 尔 h2 测 量 y 轴 方 向 上 的 浮 子 磁 通 量 信 息 。 [7] 因 此 ，通 过 STM32 单 片 机 片 内 ADC 外 设 得 到 磁 通 量 值 ，进 行 数 学 坐标模型化后，可以得到浮子的水平位置。
2 磁悬浮装置的控制设计
2.1 浮子姿态位置 磁悬浮装置平面结构示意图如图 4 所示。磁通量
测量单元里的 2 个相互垂直的霍尔元件，可以测量出浮
图 3 磁通量测量单元
图 4 磁悬浮装置平面结构示意图
2.2 双闭环串级 PID 控制 浮子稳定悬浮时，所需的悬浮斥力主要由永磁体提
磁悬浮系统设计
磁悬浮系统设计作者：李欣颀李云飞陈子川蔡兴宗杨梦玉来源：《科学导报·学术》2020年第49期摘要：采用微元分析方法构建下推式磁悬浮系统的数学解析式模型，构建下推式磁悬浮控制系统硬件平台。
由正交放置的霍尼韦尔3503传感器采集浮子磁场在其垂直分量上的磁场大小，线性转换成电信号经运算放大器放大后作为控制器STM32读取和写入控制信息，并用于数字滤波算法和运行控制算法后将计算数据作用于功率放大器件驱动螺旋线圈产生校正磁场。
使浮子处于动态平衡，达到预期控制效果。
1 系统模型设计一种多自由度，下推磁场磁悬浮系统。
控制目标是让浮子不借助除磁场以外的力，稳定悬停在指定空间位置，并在此控制基础上完成悬浮磁体对随机扰动的控制。
通过下推式磁悬浮磁源概念图，环形磁铁产生较大的谷形磁场。
使得浮子磁体在垂直方向上收到与重力相反的排斥力，因此物体悬浮的高度只能取决于环形磁铁的磁场的大小和浮子或浮子与浮子及其称重物质量决定。
在水平面上，浮子受到随机扰动，向远离中心位置运动。
受到不对称的磁场力斥力，吸引力大的一边会持续增加，吸引力小的一边会愈加减小，促进浮子磁体向远离中心位置运动;在磁场中还受到旋转力矩的作用，会使浮子发生翻转。
因而为了保障水平面上浮子磁体的稳定，必需投入新的微弱的磁场克服原先的运动状态。
使其在设定位置达到平衡。
Vizimag是利用有限元分析来仿真复杂磁场的软件，用Vizimag的软件来画出合成磁场分布，仿真出浮子受沿X方向的电磁力和垂直方向上的旋转力矩来。
如下所示。
可见，在不平衡位置，浮子磁体会收到纵向的力使浮子加速移动产生更大的位置误差，同时会受到转矩，使浮子磁体发生翻转。
2 硬件系统设计如图2所示，下推式磁悬浮的整个控制系统包括电源模塊、位置测量模块，功率放大模块和主控制器模块。
芯片的全部的电力供应来源于电源模块，本文设计三种板载电源，分别为12V、5V、和3.3V。
3.3V的电压供给STM32主控制器使用，5V的电压供给位置检测模块内芯片、驱动芯片使用，12V的电压供给驱动模块使用。
下推式磁悬浮系统软件设计
下推式磁悬浮系统软件设计摘要磁悬浮系统能够创造一个无接触、无摩擦、无润滑的特殊空间环境，磁悬浮技术可以用于实现零部件间无摩擦相对运动，不仅提高了运动速度与精度，而且还能延长零部件使用寿命。
由于磁悬浮系统的这些优点，目前它不仅在电气等工业领域得到广泛应用，而且在人类生活中也开始得到应用，充分显示了磁悬浮技术在国民经济发展和人们生活质量提高方面具有广阔的发展前景，因此对它进行设计或研究具有十分重要的理论意义和现实意义. 其中对磁悬浮系统的控制成为目前的首要问题。
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 Arduino 开发板为平台，以 PID 控制和脉宽调制为原理，通过单片机编程设计出 PID 控制器对磁悬浮系统进行控制。
PID 控制器自产生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器，以其结构简单、易实现、适应性强等优点，处于主导地位。
本设计将创建一个基于Arduino 开发板的下推式磁悬浮系统，在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，确定控制方案，通过编写系统控制程序，不断调节PID 控制参数，并通过调节PWM 的占空比来实时控制电磁线圈的电流，从而使悬浮物体在设定位置得到与干扰力相平衡的电磁吸力，最终得到一个稳定的磁悬浮系统，此外系统还能够和 PC 机进行动态通信，由PC 机实现对该磁悬浮系统的实时控制。
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。
关键词：磁悬浮系统，Arduino 开发板，PID 控制，脉宽调制THE SOFTWARE DESIGN OFPUSH TYPE MAGNETIC LEVITATION SYSTEMABSTRACTMagnetic levitation system can create a no conta ct, no friction, no lubrication of the special space environment . Maglev technology can be used to implement parts of no friction between the relative motion, not only increases the movement speed and accuracy, but also can prolong the service life of components. Because of these advantages of maglev system, it not only in the electrical industry is widely used, but is also beginning to be used in human life. It fully shows that magnetic suspension technology has a board development prospect on improving the development of national economy and the quality of life. Therefore, it has a very important theoretical significance and practical significance on designing or researching the system, and the control of the system has become the first problem.With the extensive application of maglev technology, the control of the maglev system has become a priority. In this paper, for the principle of PID control, Arduino development board as platform, PID controller designed to control magnetic suspension system. Since PID controllers have been the process of industrial production has been most widely and most sophisticated controller by its simple structure, easy to implement, robust, etc., in a dominant position.This design will create a magnetic suspension system bas ed on the Arduino development board. On the basis of analyzing of magnetic suspension system’s structure and working principle, we will get the control scheme. Through making the program of the control system, regulating the PID parameters and changing the frequency of the PWM, we can control the electromagnetic coil current in real time, and the suspended object will obtains an electromagneticforce to balance the gravity at the predetermined locations. Then we will get a stable magnetic suspension system. In addition, the system can do a dynamic communication with the personal computer, and realize the real -time control by the personal computer. At last, the key research works for further study are proposed.KEY WORDS: magnetic suspension system, Arduino development board, PID controller, Pulse Width Modulation目录前言 (1)第 1 章绪论 (2)§1.1 设计的依据与意义 (2)§1.2 国内外同类设计的概况综述 (3)§1.3 本课题设计的主要任务 (4)第 2 章磁悬浮系统的结构 (5)§2.1 磁悬浮系统的工作原理 (5)§2.2 磁悬浮系统的组成 (6)§2.3 磁悬浮系统的结构特点 (7)§2.4 磁悬浮系统的主要参数 (7)第 3 章下推式磁悬浮控制系统设计 (9)§3.1 位置检测原理 (9)§3.2 控制系统设计 (10)§3.2.1 系统数学模型 (10)§3.2.2 控制器设计 (11)§3.2.3 系统仿真 (12)§3.3 小结 (14)第 4 章磁悬浮软件设计 (15)§4.1 软件开发环境介绍 (15)§4.1.1 Arduino nano 开发板介绍 (16)§4.1.2 Arduino编程环境 (17)§4.2 软件设计思想与程序流程图 (19)§4.3 数据采集 (20)§4.4 PID调节控制 (21)§4.5 PWM输出 (24)§4.6 上位机通信 (27)§4.7 按键变化功能 (27)第 5 章运行调试与结果分析 (30)§5.1 硬件接线 (30)§5.2 程序的编译与上传 (30)§5.3 确定系统极性 (31)§5.4 PID参数整定 (32)§5.5 结果 (34)结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)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。
无线供电磁悬浮灯设计与制作
童雨花 等
Abstract
With the rapid development of the Internet, the development trend of smart lights has gradually moved closer to the Internet. In modern life, single-function traditional lights can no longer meet the needs of smart homes. Compared with traditional lights, smart lights have a more beautiful appearance, and users can adjust the brightness of smart lights according to their own needs, protecting the user’s eyesight, and avoiding the single function of traditional lights, and the energy consumption of smart lights is relatively low, the service life is relatively long, and the risk of electric shock is greatly reduced. In this paper, through the demonstration of wireless power supply scheme, magnetic levitation mode, control mode, combined with magnetic levitation technology and emerging wireless power supply technology, a wireless electromagnetic levitation lamp system with STM32F103C8T6 as the main controller is designed. The system is mainly composed of STM32 minimum system, coil drive module, wireless power supply module, Hall sensor output voltage differential proportional operation circuit module, display module, auxiliary power module and magnetic suspension control module. According to the principle of resonant electromagnetic coupling power transmission, the wireless power supply is provided to the lamps through the wireless transmitter and wireless receiver circuits. At the same time, the STM32 single-chip is used to generate PWM waves through the coil drive module to drive the coil to generate magnetic force. The suspension is detected by the Hall sensor, and the feedback is input to the STM32 microcontroller. The PID algorithm is used to achieve the suspension stability of the magnetic suspension system, and the magnetic suspension system is controlled to realize the stable suspension of the lamp above the magnetic suspension device.
下推式磁悬浮控制装置机械功能说明
下推式磁悬浮控制装置机械功能说明
1. 引言
大家好，今天我们聊聊一个非常酷炫的科技玩意儿——下推式磁悬浮控制装置。
听名字就觉得高大上，对吧？其实，它的原理并没有那么复杂，简单来说，就是利用磁力让物体漂浮起来，真的是“飞起来”的感觉呢！这玩意儿在我们日常生活中可不止用来炫技哦，咱们慢慢来捋一捋它的功能和用途。
2. 磁悬浮的基本原理
2.1 什么是磁悬浮？
首先，磁悬浮听起来是不是有点像科幻电影里的情节？其实，它就是利用电磁力来抵抗重力，让物体在空中悬浮。
比如说，想象一下，你把一块磁铁放在桌子上，然后用另一块磁铁在上面“踩着”，就像在玩“反重力”的游戏。
这种效果在下推式磁悬浮控制装置中就得到了应用。
2.2 为什么要用下推式？
说到下推式，你可能会问，为什么要采用这种设计呢？其实，这种设计让物体在悬浮时更加稳定。
就像骑自行车一样，保持平衡最重要。
如果你用错了方法，结果就可能摔得四脚朝天！下推式的结构就像是给物体加了个“安全带”，确保它在空中漂浮的时候不容易晃动。
3. 机械功能的实际应用
3.1 用在哪些地方？
说到应用。
这下推式磁悬浮控制装置可真是无处不在。
你知道吗？在高铁上。
列车就是利用磁悬浮技术飞速前进的。
想想。
简易磁悬浮控制装置
2014年电子科技大学（第九届）电子设计竞赛试题参赛注意事项（1） 参赛队员认真填写参赛报名表，报名信息必须准确无误。
（2） 每队严格限制三人，开赛后不得中途更换队员和制作题目。
（3） 参赛队员可以借助互联网等工具进行辅助设计，但不得与其他参赛队进行方案讨论和交流。
（4） 器件领取时间及地点：2014年清水河校区科研楼A431（5月17日、5月18日9:00-12:00,15:00-18:00, 19:00-22:00）（5） 作品提交时间及地点：2014年6月8日在清水河校区科研楼A431（6月8日9:00-12:00,15:00-17:00，19:00-22:00）提交作品，逾期提交即视为自动放弃比赛资格。
提交时应包括：设计报告、制作实物。
简易磁悬浮控制装置（E 题）一、任务设计制作一个简易下推式磁悬浮及其控制装置。
磁悬浮装置结构如下图所示（左图为正视图，右图为俯视图，俯视图中纸杯未画出）。
环形磁铁A 位于最下方，用于提供主要磁力，四个线圈B 放在环形磁铁A 之上，当四个线圈通电后，产生磁力用于控制强磁铁C ，，使强磁铁C 悬浮于空中，纸杯D 粘贴在强磁铁C 上，用于盛放物体，霍尔传感器E 用于检测强磁铁C 位置，返回信号用于控制线A 环形磁铁B 线圈DE 霍尔传感器二、要求1. 基本要求：（1）将强磁铁C放于该装置中，可用肉眼观测出强磁铁C处于明显悬浮状态；（2）强磁铁C处于悬浮状态时间不少于60s；（3）增设四个按键，控制强磁铁C向x轴、y轴某一指定方向摆动。
2. 发挥部分（1）在纸杯D一侧粘贴一枚一元硬币，使纸杯D与强磁铁C所组成的系统中心发生偏移，此时纸杯D与强磁铁C所组成的系统仍能稳定悬浮，悬浮时间不少于60s；（2）在此系统一侧放置电风扇，要求纸杯D能在有风条件下保持悬浮状态超过60s。
改变电风扇与系统之间距离，测量纸杯D保持悬浮状态时电风扇可摆放的最近距离；；（3）控制纸杯D以图示z轴为轴发生陀螺进动；（4）增加强磁铁C悬浮位置控制，使强磁铁C可向x轴或y轴某一指定方向移动，并能显示强磁铁C当前位置坐标；（5）外观精美、别致，节能；（6）其他。
下推式磁悬浮自适应模糊PD控制方法
下推式磁悬浮自适应模糊PD控制方法
林厚健;蔡子颖;邓定南;王小增;黄杰贤
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2024(32)2
【摘要】为了改进基于传统PD控制的下推式磁悬浮控制系统稳态误差大、系统功耗高、体位适应性差的缺点,在传统PD控制结构基础上,引入具有设定值积分功能的模糊控制器和基于z轴磁场检测的比例运算器实现自适应模糊PD控制。
所提算法在基于STM32F401CCU6为主控芯片的硬件系统上进行了对比实验。
实验结果表明,相较于传统PD控制,自适应模糊PD控制算法对受控力不同的浮子控制的稳态误差均趋于0,磁悬浮系统装置的最大倾斜角由10°增加到90°,系统稳态输出功率从14 W降低至0.6 W,磁悬浮控制系统的综合性能得到大幅提升。
【总页数】5页(P27-30)
【作者】林厚健;蔡子颖;邓定南;王小增;黄杰贤
【作者单位】嘉应学院物理与电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN0
【相关文献】
1.基于稳态ANN模型和模糊PD控制的变速直膨式空调系统r温湿度同时控制方法
2.基于增量式专家与模糊自适应控制参数在线整定方法的控制系统研究
3.磁悬
浮支承系统的模糊自适应离散滑模控制4.磁悬浮轴承转子自适应模糊滑模控制研究5.磁悬浮列车电磁悬浮系统的自适应模糊滑模控制
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下推式磁悬浮关键器件参数说明文件
下推式磁悬浮关键器件参数说明文件随着科技的不断进步，磁悬浮技术在交通运输、能源领域等方面的应用也日益广泛。
推式磁悬浮技术作为磁悬浮系统中的关键器件之一，其参数对于系统的性能起着至关重要的作用。
本文将详细介绍推式磁悬浮关键器件的参数说明。
我们来了解一下推式磁悬浮技术的基本原理。
推式磁悬浮技术通过利用电磁力产生的推力来维持悬浮体与导向轨道之间的间隙，并实现悬浮体的稳定运行。
在推式磁悬浮系统中，关键器件主要包括推进器和悬浮导轨。
推进器是推式磁悬浮系统中的核心部件，其参数对系统性能的影响非常大。
首先，推进器的功率决定了磁悬浮列车的加速性能和最高速度。
因此，推进器的功率要足够大，以确保列车能够平稳加速并达到预期的最高速度。
其次，推进器的效率直接影响到磁悬浮系统的能耗。
高效的推进器能够将电能转化为动能的效率最大化，从而减少能源的浪费。
此外，推进器的噪声和振动也是需要考虑的因素。
优化推进器的设计，降低噪声和振动水平，可以提供更加舒适的乘坐体验。
悬浮导轨是推式磁悬浮系统中另一个重要的关键器件。
悬浮导轨的参数主要包括导向力、导向刚度和导向稳定性等。
首先，悬浮导轨需要提供足够的导向力，以确保悬浮体能够稳定地悬浮在轨道上，并具有足够的侧向刚度。
其次，悬浮导轨的导向稳定性对系统的安全性和乘坐舒适度有着重要影响。
优化悬浮导轨的设计，减小其对列车的干扰，可以提高系统的稳定性和乘坐舒适度。
除了推进器和悬浮导轨，推式磁悬浮系统中还有其他一些关键器件的参数也需要进行详细说明。
例如，磁悬浮系统的控制系统对系统的稳定性和运行效果有着重要影响。
控制系统的参数包括控制精度、响应时间和稳定性等。
优化控制系统的设计，提高控制精度和响应速度，可以提高系统的运行效率和安全性。
推式磁悬浮系统的维护保养也是非常重要的。
关键器件的维护保养参数包括维护间隔、维护工作量和维护成本等。
合理制定维护计划，减少维护工作量和成本，可以确保系统的长期稳定运行。
推式磁悬浮关键器件的参数对系统的性能和安全性有着重要的影响。
下推式动态磁悬浮装置
1 引言如今,磁悬浮技术以其独特的优越性在世界范围内快速发展,运用于经济建设的各个领域。
进行磁悬浮技术的研究可以实现物理学、自动控制等多个学科领域的交叉渗透,现实意义非常重要。
磁悬浮系统实质上来说,是一个不稳定的、非线性系统,因此该装置的稳定控制,一直都受到广泛的关注和研究。
为实现稳定的磁悬浮,使用控制的方法有很多,但大多比较复杂,且成本较高,难以用于实际应用。
目前,已经有了一定应用的磁悬浮装置多采用上拉式的设计,即用通电线圈提供向上的磁力,霍尔元件作为传感器,用于控制线圈磁力,使浮子受到磁力与重力平衡,达到悬浮的目的。
但是上拉式的控制方式中,浮子的浮力完全由线圈提供,系统的功耗相对较大,装置的体积也较大。
而且这样的系统控制方式比较简单,但是由于只提供了一个方向的约束,又是开环控制,稳定范围较窄,这些都限制了其应用的范围。
针对以上问题,本文设计的下推式动态磁悬浮装置采用改进型PID控制,算法简易高效,能够有效改善系统的动态品质,整个装置立体性强,集成度高,体积较小便于携带,更重要的是稳定性非常好。
2 原理2.1装置原理根据悬浮的实现形式,磁悬浮现象可以分为静态磁悬浮与动态磁悬浮。
1842年,数学家山姆·恩绍(Samuel Earnshaw)用数学方法证明,单靠宏观的静态古典电磁力,磁悬浮是不可能实现的,即恩绍大定理。
在该定理的条件下,物件处于不平衡稳定,引力、静电场及静磁场等会使物件变得很不稳定。
但是,如果利用物质的抗磁性,则能够实现永磁悬浮系统中浮子的稳定悬浮。
目前,该静态磁悬浮现象的研究与应用主要集中在超导体与磁材的磁悬浮上。
但由于受超导体块材制作程序和使用环境的制约,这项技术与实际应用还具有一定距离。
而有源的动态的磁悬浮装置,通过传感器检测浮子位置变化,当浮子偏离定中心位置出现位移时,由伺服装置敏感并发生相应控制信号,通过控制元件向控制器加入反馈控制电流,产生对浮子与位移大小相关、方向相反的电磁吸引力,将浮子拉回中心达到定中目的。
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.。
下推式磁悬浮控制装置机械功能说明
下推式磁悬浮控制装置机械功能说明嘿，伙计们！今天我要给大家介绍一款非常神奇的装置——下推式磁悬浮控制装置。
这个装置可不是闹着玩儿的，它可是高科技的代表哦！让我们一起来看看它的神奇功能吧！我们来说说这个装置的外观。
它的外形看起来就像一个普通的长方体，但是它可不仅仅是个摆设。
它的表面有一个很大的屏幕，上面可以看到各种各样的数据和信息。
而且，这个屏幕还是触摸式的，所以我们可以直接用手去操作它。
接下来，我们要说说这个装置的功能了。
这个装置主要有三个部分：上部、中部和下部。
上部是控制部分，中部是存储部分，下部是执行部分。
我们来看看控制部分。
这个部分主要负责接收我们的指令，然后将指令传递给下部执行。
在控制部分，我们可以看到有很多按钮和开关，这些都是用来控制装置的运行的。
比如，我们可以通过按下“启动”按钮来让装置开始工作；通过按下“停止”按钮来让装置停止工作。
我们还可以通过旋转开关来调整装置的工作状态。
接下来，我们来看看存储部分。
这个部分主要负责存储各种数据和信息。
在存储部分，我们可以看到有很多存储卡和硬盘，这些都是用来存储数据的。
比如，我们可以将一些重要的文件保存在这个部分，以便以后使用。
这个部分还有一个很大的内存条，可以用来存储大量的数据。
我们来看看执行部分。
这个部分主要负责根据我们的指令来执行各种任务。
在执行部分，我们可以看到有很多小电机和传感器，这些都是用来控制装置的运行的。
比如，我们可以通过控制电机的转速来调整装置的速度；通过控制传感器的灵敏度来调整装置的反应速度。
这个下推式磁悬浮控制装置是一个非常神奇的装置。
它不仅可以帮助我们完成各种任务，还可以提高我们的工作效率。
所以呢，如果你还没有一个这样的装置的话，那就赶快去买一个吧！相信你一定会喜欢的！。
下推式磁悬浮原理
下推式磁悬浮原理引言：推式磁悬浮技术是一种基于磁力原理实现物体悬浮并推动运动的技术。
它通过悬浮体与轨道之间的磁力相互作用，实现了物体在无接触的情况下的稳定悬浮和运动。
本文将详细介绍推式磁悬浮的原理及其应用。
一、磁悬浮原理推式磁悬浮技术依靠磁力的作用实现物体的悬浮和推动。
其原理基于磁场的相互作用原理，主要包括磁力的产生和磁力的控制两个方面。
1. 磁力的产生磁力的产生是推式磁悬浮的基础。
通过在轨道上布置一系列的电磁线圈，当通电时，电磁线圈会产生磁场。
根据右手定则，电流方向和磁感应线的方向呈垂直关系，从而产生一个垂直于电流方向和磁感应线方向的磁力。
这个磁力会与悬浮体上的磁场相互作用，从而实现悬浮。
2. 磁力的控制磁力的控制是推式磁悬浮技术的关键。
通过改变电磁线圈中的电流大小和方向，可以改变磁场的大小和方向，进而控制磁力的大小和方向。
通过精确控制磁力，可以实现悬浮体的稳定悬浮和运动。
二、推式磁悬浮的应用推式磁悬浮技术具有许多广泛的应用，其中最具代表性的是磁悬浮列车。
1. 磁悬浮列车磁悬浮列车是推式磁悬浮技术的典型应用之一。
磁悬浮列车利用推式磁悬浮技术实现列车的悬浮和推动，从而实现高速运输。
磁悬浮列车的运行原理是，在轨道上布置电磁线圈，列车上安装磁悬浮体。
当电磁线圈通电时，产生的磁场与磁悬浮体上的磁场相互作用，使列车悬浮在轨道上，并通过改变电磁线圈中的电流大小和方向，控制列车的运动。
2. 其他应用领域推式磁悬浮技术还在其他领域得到应用。
例如，磁悬浮风力发电机利用推式磁悬浮技术实现风力发电机的悬浮和旋转。
磁悬浮离心泵利用推式磁悬浮技术实现水泵的悬浮和运动。
此外，推式磁悬浮技术还在医疗设备、航天器等领域得到广泛应用。
三、推式磁悬浮技术的优势推式磁悬浮技术相比传统的机械悬浮技术具有许多优势。
1. 无接触推式磁悬浮技术实现了物体的无接触悬浮和运动，避免了机械接触带来的磨损和能量损失，减少了维护和修理的成本。
2. 高效稳定推式磁悬浮技术具有高效稳定的特点。
磁悬浮球系统的建模与仿真设计毕业设计
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。
学生签名：年月日新疆大学毕业论文（设计）任务书班级：自动化081 姓名：论文（设计）题目：磁悬浮球系统的建模与仿真设计专题：要求完成的内容： 1. 学习系统建模方法和熟练MATLAB语言。
2. 熟悉磁悬浮球控制系统的工作原理。
3. 建立磁悬浮球控制系统的数学模型。
4. 分析磁悬浮球控制系统的稳定性。
5. 磁悬浮球控制系统的控制器（PID,模糊）的设计。
6. 用SIMULINK建模进行仿真实验进行分析。
7. 编写毕业设计说明书。
发题日期：年月日完成日期：年月日实习实训单位：地点：论文页数：页；图纸张数：指导教师：教研室主任：院长：摘要磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术。
随着电子技术、控制工程、处理信号元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。
本实验平台可以使用多种控制器和控制方法，适用于相关人员的研究和实验工作。
研究和设计磁悬浮球控制系统实验平台是本文的主要工作，本文在分析磁悬浮球控制系统工作原理的基础上，设计了一套磁悬浮球控制系统实验平台。
本文着重介绍控制器的设计过程。
在此基础上，本文利用了MATLAB设计了基于计算机的磁悬浮PID传统控制和模糊PID控制器。
所研制的控制器软件设计方法简单、性能稳定、实时调试方便。
关键词：磁悬浮球控制系统；稳定性；传统PID控制器；模糊PID控制器ABSTRACTMagnetic Suspension is one of typical mechanics and electronics technology,which includes the electromagnetics, electron technology, control engineering, signaldisposal, mechanics and dynamics.As the electronic technology, control engineering, processing signal components, electromagnetic theory and the development of new electromagnetic material and the progress of the rotor dynamics, maglev technology got rapid progress. This experiment platform can use a variety of controller and the control method, apply to relevant personnel of research and experimental work.This thesis focuses on the research and design of Magnetic Suspension ball Control System testing platform. Based on analyzing of Magnetic Suspension ball Control system's working principle, the thesis designs a Magnetic Suspension ball Control System testing platform.The paper emphasizes the design process.On this basis, this paper use based on MATLAB design of magnetic levitation PID traditional computer control and fuzzy PID controller. The developed controller software design method is simple, stable performance, real-time debugging is convenient.Keywords: maglev ball control system;stability;the traditional PID controller;the fuzzy PID controller目录1 绪论 (5)1．1 磁悬浮技术综述 (5)1．1．1 前言 (5)1．1．2 磁悬浮方式的分类 (5)1．1．3 磁悬浮控制方法的现状与发展趋势 (5)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)2 磁悬浮球系统组成及系统模型 (8)2.1 磁悬浮球系统组成 (8)2.2 磁悬浮球系统工作原理 (8)2.3 磁悬浮球系统的数学模型 (8)2.4 磁悬浮球系统闭环控制 (12)3 传统控制器的研究与设计 (13)3．1 引言 (13)3．2 控制器设计 (13)3.2.1 PID控制器基本控制规律 (13)3.2.1.1 比例控制器（P调节器） (13)3.2.1.2 积分控制器（I调节器） (14)3.2.1.3 微分控制器（D调节器） (15)3.2.1.4 比例-微分控制器（PD调节器） (15)3.2.1.5 比例-积分控制器（PI调节器） (16)3.2.1.6 比例-积分-微分控制器（PID调节器） (17)3.2.2 PID控制器的参数整定 (19)3.2.3 PID调节器参数的工程整定 (21)3.2.3.1工程实验法整定 (21)3.2.3.2 Ziegler-Nichols参数整定法 (22)3.3 磁悬浮球系统PID参数整定及系统仿真 (24)3.3.1 不加控制器时磁悬浮球系统及其系统仿真 (24)3.3.2 PID参数整定的步骤及系统仿真 (28)4 模糊PID控制器的设计 (32)4．1引言 (32)4．2模糊控制器简介 (32)4．2．1模糊控制的基本原理 (32)4.2.2 模糊控制器的结构 (32)4.3 模糊控制系统的设计 (34)4.3.1 模糊控制器的结构设计 (34)4.3.2 模糊控制器的基本设计 (35)4.3.3 模糊PID控制器结构及参数自整定原则 (36)4.3.4 模糊PID控制器的设计 (37)4.3.5 基于MATLAB的模糊PID控制系统的仿真研究 (39)5 总结与展望 (42)5．1总结 (42)5．2 今后的研究方向 (42)致谢 (43)1 绪论1．1 磁悬浮技术综述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。
下推式动态磁悬浮试验论文
下推式动态磁悬浮试验论文磁悬浮的制作徐荣金谷巍徐瑞强（北京邮电大学信息与通信工程学院）摘要：介绍“下推式动态磁悬浮试验”的探索过程以及整个实验的基本原理和重要元件的工作原理。
关键字：磁场，上拉式，动态，静态，线性霍尔元件，PID控制，平衡，算法，信号cXu Rong-jin, Gu Wei, Xu Rui-qiangSchool of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts andTelecommunicationsAbstract: Introduced "Push-pin designing Dynamic magnetic " and the entire experimental process to explore the basic principles and important elements.Keywords: Magnetic field, pull-up, dynamic, static, linear Hall element, PID control, balance, algorithms, signal.一：引言随着社会的不断进步，旧的交通工具已经不能满足人们对于快捷的追求，于是新兴的交通工具变雨后春笋般地涌现了出来。
其中最有代表性的就是磁悬浮列车。
磁悬浮列车以它高速，低噪音，环保，经济，安全的特点受到了各个国家的青睐。
目前，全世界仅有我国上海浦东机场到市区的30公里长的磁悬浮列车线路正式投入了运营。
从这里足以看出磁悬浮技术的复杂与不成熟，以磁悬浮列车为启发，我们物理实验小组意图设计出自己的悬浮作品，让我们足不出户，一睹磁悬浮的真容。
二：基本原理探索为了实现小部分的磁悬浮，我们的前期工作是相当复杂的，首先作为刚刚步入大学校园的我们，基础知识还很不完善，一些诸如物理与计算机语言的知识还等待着我们去吸收。
下推式磁悬浮控制装置机械功能说明
下推式磁悬浮控制装置机械功能说明下推式磁悬浮控制装置机械功能说明，这可是个大家伙啊！别看它长得不大，但它的功能可强大了。
今天我就来给大家详细介绍一下这个神奇的装置。
我们来看看这个装置的外观。
它是一个长方形的盒子，上面有很多小按钮和显示屏。
别看它看起来很简单，但它可是经过严格的设计和制造的。
它的外壳是由高强度的材料制成的，可以承受很大的压力和摩擦力。
而且，它的表面还有一层防滑涂层，这样就可以保证我们在操作的时候不会滑手。
我们来看看这个装置的内部结构。
它主要由两个部分组成：上部和下部。
上部是一个控制中心，负责接收我们的指令并将其转化为电信号。
而下部则是一个驱动器，负责将电信号转化为机械运动。
在这个装置中，还有很多小的零件和电路板，它们都是非常重要的组成部分。
现在我们已经对这个装置有了一定的了解。
接下来我就来给大家介绍一下它的功能吧！这个装置可以用来控制电梯的运行。
当我们需要乘坐电梯的时候，只需要按下相应的按钮，然后告诉它我们要去哪里就可以了。
这个装置会根据我们的指令计算出最佳的运行路线，并将其发送给电梯的驱动器。
这样一来，电梯就可以按照我们的要求快速、准确地运行了。
这个装置还可以用来控制机器人的动作。
比如说，我们可以让机器人向前走、向后走、转弯等等。
只要我们告诉它我们想要的动作，它就会立即执行。
而且，这个装置还可以根据不同的环境和情况自动调整机器人的动作方式，确保它的安全和效率。
这个装置还可以用来控制其他各种机械设备的运行。
比如说，我们可以让空调、电视、冰箱等家电按照我们的要求开关、调节温度等等。
这样一来，我们就可以更加方便地使用这些设备了。
下推式磁悬浮控制装置是一个非常实用的工具。
它可以帮助我们更加方便地控制各种机械设备的运行，提高我们的生活质量。
当然啦，这只是它的一部分功能而已。
未来还会有更多的新技术和应用出现哦！。
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下推式磁悬浮系统软件设计 摘 要
磁悬浮系统能够创造一个无接触、无摩擦、无润滑的特殊空间环境，磁 悬浮技术可以用于实现零部件间无摩擦相对运动， 不仅提高了运动速度与精 度，而且还能延长零部件使用寿命。由于磁悬浮系统的这些优点，目前它不 仅在电气等工业领域得到广泛应用，而且在人类生活中也开始得到应用，充 分显示了磁悬浮技术在国民经济发展和人们生活质量提高方面具有广阔的 发展前景，因此对它进行设计或研究具有十分重要的理论意义和现实意义 . 其中对磁悬浮系统的控制成为目前的首要问题。 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 Arduino 开发板为平台，以 PID 控制和脉宽调制为原理，通过单片机 编程设计出 PID 控制器对磁悬浮系统进行控制。PID 控制器自产生以来，一 直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器，以其结构简单、易实 现、适应性强等优点，处于主导地位。 本设计将创建一个基于 Arduino 开发板的下推式磁悬浮系统， 在分析磁 悬浮系统构成及工作原理的基础上， 确定控制方案， 通过编写系统控制程序， 不断调节 PID 控制参数， 并通过调节 PWM 的占空比来实时控制电磁线圈的电 流，从而使悬浮物体在 设定位置得到与干扰力相平衡的电磁吸力，最终得 到一个稳定的磁悬浮系统，此外系统还能够和 PC 机进行动态通信，由 PC 机实现对该磁悬浮系统的实时控制。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。
KEY WORDS: magnetic suspension system, Arduino development board, PID controller, Pulse Width Modulation
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目
前
录
言 ................................................. 1 绪论 .......................................... 2 设计的依据与意义 ............................. 2 国内外同类设计的概况综述 ..................... 3 本课题设计的主要任务 ......................... 4 磁悬浮系统的结构 .............................. 5 磁悬浮系统的工作原理 ......................... 5 磁悬浮系统的组成 ............................. 6 磁悬浮系统的结构特点 ......................... 7 磁悬浮系统的主要参数 ......................... 7 下推式磁悬浮控制系统设计 ..................... 9 位置检测原理 ................................. 9 控制系统设计 ................................ 10 系统数学模型 ............................. 10 控制器设计 ............................... 11 系统仿真 ................................. 12
第 1 章 §1.1 §1.2 §1.3 第 2 章 §2.1 §2.2 §2.3 §2.4 第 3 章 §3.1 §3.2
§3.2.1 §3.2.2 §3.2.3 §3.3 第 4 章 §4.1
小结 ........................................ 14 磁悬浮软件设计 ............................... 15 软件开发环境介绍 ............................ 15
关 键 词： 磁悬浮系统， Arduino 开发板， PID 控制，脉宽调制
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THE SOFTWARE DESIGN OF PUSH TYPE MAGNETIC LEVITATION SYSTEM ABSTRACT
Magnetic levitation system can create a no contact, no friction, no lubrication of the special space environment. Maglev technology can be used to implement parts of no friction between the relative motion, not only increases the movement speed and accuracy, but also can prolong the service life of components. Because of these advantages of maglev system, it not only in the electrical industry is widely used, but is also beginning to be used in human life. It fully shows that magnetic suspension technology has a board development prospect on improving the development of national economy and the quality of life. Therefore, it has a very important theoretical significance and practical significance on designing or researching the system, and the control of the system has become the first problem. With the extensive application of maglev technology, the control of the maglev system has become a priority. In this paper, for the principle of PID control, Arduino development board as platform, PID controller designed to control magnetic suspension system. Since PID controllers have been the process of industrial production has been most widely and most sophisticated controller by its simple structure, easy to implement, robust, etc., in a dominant position. This design will create a magnetic suspension system based on the Arduino development board. On the basis of analyzing of magnetic suspension system’s structure and working principle, we will get the control scheme. Through making the program of the control system, regulating the PID parameters and changing the frequency of the PWM, we can control the electromagnetic coil current in real time, and the suspended object will obtains an electromagnetic
§4.1.1 Arduino nano 开发板介绍 .................... 16 §4.1.2 Arduino 编程环境 ........................... 17 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5 §4.6 §4.7 软件设计思想与程序流程图 .................... 19 数据采集 .................................... 20 PID 调节控制 ................................. 21 PWM 输出 ..................................... 24 上位机通信 .................................. 27 按键变化功能 ................................ 27
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第 5 章 §5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5 结 致
运行调试与结果分析 ........................... 30 硬件接线 .................................... 30 程序的编译与上传 ............................ 30 确定系统极性 ................................ 31 PID 参数整定 ................................. 32 结果 ........................................ 34
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force to balance the gravity at the predetermined locations. Then we will get a stable magnetic suspension system. In addition, the system can do a dynamic communication with the personal computer, and realize the real -time control by the personal computer. At last, the key research works for further study are proposed.