磁悬浮控制系统建模与仿真大学毕设论文
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。
基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计毕业论文
基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计摘要随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。
磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。
磁悬浮的控制系统是一个很复杂的问题。
本文研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。
超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。
超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身，所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。
本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手，逐步深入地介绍超导体的基本物理性质，然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法、过程和原理。
与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导磁悬浮的实现过程要简单得多。
常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬浮和引用非电磁性磁铁（稀土永磁铁、普通磁铁等）的磁悬浮。
但是由于电磁铁便于控制和利用，所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。
本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、过程和原理。
在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点——磁悬浮装置的控制问题，做出了一个简单的电磁悬浮装置。
这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现一个铁球在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬浮效果。
这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。
这个实例给了我们一个启示：简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理，磁悬浮并不是遥不可及的。
关键词：常导磁悬浮，超导磁悬浮，磁悬浮的控制，演示实验装置，磁悬浮列车The design of control system of magnetic levitation ball basedon MCUABSTRACTAs more and more maglev technology is applied to each field in actual life, the word of magnetic suspension a several years ago was very strange has already widely known by the people. Magnetic suspension is classified and can be divided into superconductive magnetic suspension and electromagnetic magnetic suspension from the material which produces lift force. It is a very complicated problem to control the magnetism suspension system. The focal point that this text studies is that these two kinds of magnetic suspension demonstrate the design about question of controlling of the experimental provision.Superconductive magnetic suspension is to utilize the superconductor in superconductive state to upbraid magnetic force principles. To suspend object superconductor,so superconductive control focal point of magnetic suspension drop on the superconductor superconductive magnetic suspension. This text is from recommend that the using basically of superconductive magnetic suspension is started with, introduce the basic physical property of the superconductor , then the control method , course and principle to introduce superconductive magnetic suspension deeply progressively.Compared with superconductive magnetic suspension, the application that electromagnetic magnetic suspension is much more extensive , because the realization course that electromagnetic magnetic suspension is much simpler. Magnetic suspension that electromagnetic magnetic suspension and can be divided into the magnetic suspension which use the electro-magnet and quoted the non- electric magnetic magnet (tombarthite permanent magnet, ordinary magnet ,etc. ). But because the electro-magnet is more convenient and utilizes controlling, it is more extensive to use the magnetic suspension of the electro-magnet. The research in electromagnetic magnetic suspensionof this text is to proceed with a instance , analyse that according to the principle of electro-magnet type magnetic suspension , thus study electromagnetic type magnetic suspension control method , course and principle further.At the end of this text, I utilize knowledge studied in the university, combine the research focal point of this text - -Demonstrate the control question of the experimental provision , has made a simple electric magnetic suspension device in magnetic suspension. The principle of the device is to make use of control on electro-magnet electric current to realize moving repeatedly back and forth in the sky of an iron plate that this suspends, reach the result of suspending on the vision . This is it control square different principle to suspend with real electro-magnet, simple means this can achieve the the same goal too.This instance has given us one to enlighten: The simple demonstration experimental provision can state the operation principle of new and high technology , such as maglev train ,etc. too, magnetic suspension is not out of reach.KEY WORDS：electromagnetic magnetic suspension , superconductive magnetic suspension ,the control of magnetic suspension,demonstrate the experimental provision, the maglev train目录前言......................................................................... 错误！未定义书签。
磁悬浮类论文
高速磁悬浮电机是近年提出的一个新研究方向，它集磁悬浮轴承和电动机于一体，具有自悬浮和驱动能力，不需要任何独立的轴承支撑，且具有体积小，临界转速高等特点，更适合于超高速运行的场合，也适合于小型乃至超小型结构。国内外自90年代中期开始对其进行了研究，相继出现了永磁同步型磁悬浮电机、开关磁阻型磁悬浮电机、感应型磁悬浮电机等各种结构。其中感应型磁悬浮电机具有结构简单、成本低、可靠性高、气隙均匀、易于弱磁升速等特点，是最有前途的方案之一。传统的电机是由定子和转子组成，定子与转子之间通过机械轴承连接，在转子运动过程中存在机械摩擦，增加了转子的摩擦阻力，使运动部件磨损，产生机械振动和噪声，使运动部件发热，润滑剂性能变差，严重的会使电机气隙不均匀，绕组发热，温升增大，从而降低电机效能，最终缩短电机使用寿命。磁悬浮电机利用定子和转子励磁磁场间“同性相斥，异性相吸”的原理使转子悬浮起来，同时产生推进力驱使转子在悬浮状态下运动。磁悬浮电机的研究越来越受到重视，并有一些成功的报道。如磁悬浮电机运用在生命科学领域，现在国外已研制成功的离心式和振动式人工心脏血泵，采用无机械接触式磁悬浮结构不仅效率高，而且可以防止血细胞破损，引起溶血、凝血和血栓等问题[6]。
对于有源式磁悬浮系统，其悬浮物体的全部运动特性可由位置传感器测得，便于实现运行状态诊断和监测。
1.3
早在100多年前，人们就提出了利用磁力将物体悬浮起来的设想，1842年，英国物理学家恩休（Earn show）就提出了磁悬浮的概念，并证明了铁磁体不可能仅由一个永久磁铁支撑而在六个自由度上都保持稳定、自由的悬浮，必须有一个自由度被机械或其他方式所约束，必须根据物体的悬浮状态不断地调节磁场力的大小才能实现稳定悬浮。1937年，德国人肯珀（Kemper）申请了一项有关主动磁悬浮支承的专利，提出要采用可控电磁铁才能实现稳定的磁悬浮，并成为其后磁悬浮列车和磁浮轴承研究的主导思想。在同一时期内，弗吉尼亚（Virginia）大学的毕姆（Beams）和霍姆斯（Holmes）采用电磁悬浮技术悬浮小钢球并通过钢球在高速旋转时所能承受的离心力测试试验材料性能，测量过程中钢球所达到的最高旋转速度1.8×107rot/min，这可能是世界上最早采用磁悬浮技术支承旋转体的应用实例[4,5]。
磁悬浮列车控制系统设计与研究
磁悬浮列车控制系统设计与研究随着人们对快速、高效、安全和环保交通方式的需求不断增加，磁悬浮列车作为一种新型交通工具，备受关注。
磁悬浮列车以其独特的悬浮原理和高速性能，在城市交通领域具有广阔的发展前景。
而磁悬浮列车的控制系统设计则是实现其高速、稳定、安全运行的关键。
磁悬浮列车控制系统的设计需要兼顾控制精度、安全性和实时性等方面的要求。
在设计过程中，可以借鉴并改进现有的轨道交通控制系统，同时结合磁悬浮列车的特点进行优化。
首先，磁悬浮列车的控制系统需要保证列车的悬浮稳定性。
通过精确控制电磁悬浮装置的工作状态和力的大小，使列车能够准确悬浮在轨道上，并保持与轨道的恰当间隙。
这需要控制系统能够实时感知列车和轨道之间的距离，通过反馈控制手段保持稳定的悬浮状态。
此外，还需要设计迎角与轻重受力的调节机制，以保证列车在高速运行过程中的稳定性。
其次，磁悬浮列车的控制系统需要保证列车的运行安全性。
在设计阶段，要兼顾对列车运行状况进行全方位监测和处理的能力。
通过传感器的布置，监测列车的速度、位置、电磁悬浮力、轨道电流等参数，并将这些数据传输到控制中心。
控制中心利用这些数据进行运行状态的分析判断，并及时采取措施以保证列车的安全运行。
同时，还需要设计并配置车辆故障诊断系统，及时发现并处理车辆故障，最大限度地减少故障对列车运行的影响。
此外，磁悬浮列车的控制系统还需要具备快速响应能力。
由于磁悬浮列车的速度较快，控制系统对列车的指令需要及时传达，并能够在有限的时间内实现响应。
为此，可以采用高性能的通信系统，通过信号传输线路的建设，使控制指令能够迅速传输到各个控制单元，从而实现列车控制的实时性。
磁悬浮列车控制系统设计中还需要考虑节能环保方面的要求。
通过对列车动力系统和能量回收系统的设计，可以实现能量的高效利用，减少对环境的污染。
对于磁悬浮列车来说，能量的回收和再利用是非常重要的环保设计。
通过设计和安装能量回收装置，如利用列车制动过程中产生的能量进行电能储存，使电能得到充分利用，从而减少能源的消耗，提高列车的运行效率和环境友好性。
磁悬浮的控制研究与仿真
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉ ｇｅ ｄ ｇ ｅ ｆｆ ｅ ｏ ｍａ ｎ ｔ ｌａｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ｓｔ ｅ ｂ ｓ ｆｍｕ ｔ ｄ ｇｅ ｆ Ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆｓｎ ｌ ｅ ｒ ｅ ｏ ｅ ｄ ｍ ｇ ｅｉ ｆ ｔ ｏ ｔ ｓ ｒ ｃ ｏ ｎ ｏ ｓ ｅ ｉ ｈ ａｅｏ ｌ ｅｒｅｏ ｉ
第２卷 第１期 ５ 】
文章编号 ：０ ６—９４ （ ０８ １ ０ ６ １０ ３ ８ ２０ ） １— １４—０ ４
计
算
机
仿
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２ ８ １ ０ 年１月 ０
磁 悬浮 的控 制 研 究 与仿 真
缪敏 娜 ， 孙培德 ， 张红 中
（ 东华大学 信息科学与技术学 院， 上海 ２ １２ ） ０６ ０ 摘要 ： 自由度磁悬浮控制研究是研究多 自由度磁悬浮基础。首 先介绍基于单 自由度磁悬 浮控制实验系统 及其工作原 理 ， 单
ｌ 引言
磁悬浮技术 的发展 ， 带动 了磁悬 浮轴承的广泛应用 。由
高速列车磁悬浮系统动力学建模与仿真
高速列车磁悬浮系统动力学建模与仿真在当今社会，高速列车磁悬浮系统已经成为了一种极为先进的交通工具。
与传统的轨道交通工具相比，磁悬浮列车拥有更高的速度、更多的功能以及更为先进的技术。
所以，对于磁悬浮列车的研究和探索已经成为当今学术研究的热点之一。
磁悬浮列车的动力学建模是研究磁悬浮系统的重要方法之一。
动力学建模是运用数学和物理学的方法分析系统运动的特征，目的是确定系统的动力学特性，从而导出系统的动态响应。
在磁悬浮列车领域，动力学建模的核心是悬浮系统和牵引系统的耦合分析，其主要方法是建立悬浮系统与车辆质量和气动特性的运动方程。
因此，磁悬浮列车的动力学建模和仿真分析是研究磁悬浮列车的一项重要任务。
在磁悬浮列车动力学建模的实践中，采用多种方法对磁悬浮列车的运动机理进行建模和仿真分析。
其中，最为常见的方法是采用有限元分析法和计算流体力学方法。
在有限元分析中，可以将车辆与轨道系统的耦合建模为二维或三维问题，并采用有限元方法进行建模和仿真。
而在计算流体力学方法的分析中，一般是采用CFD软件对列车的气动特性进行分析与仿真。
基于上述方法，我们可以对高速列车磁悬浮系统进行动力学建模与仿真。
在建立动力学模型之前，首先需要对磁悬浮列车的基本结构进行分析，以便建立适当的数学模型。
磁悬浮列车的基本结构包括悬浮系统、牵引系统和车身系统。
悬浮系统由电磁铁和永磁体组成，通过电磁原理实现车辆的悬浮；牵引系统则由电机、变频器或牵引变流器等组成，通过电力传动来实现车辆的前进；车身系统则包括车厢、车门等，其主要功能是载客和保障乘客安全。
在建立数学模型之后，需要进行仿真分析。
仿真分析的目的是对列车运动过程进行模拟，预测列车的响应特性和运动稳定性。
在仿真分析中，需要考虑诸多因素，包括列车速度、风阻力、悬浮系统的刚度和阻尼等。
此外，应当考虑车辆的运动特性和动态特性，如动力学特性、悬浮系统特性、牵引系统特性等。
在处理这些因素时，需要使用数学方法、物理量和能量守恒原理等基本理论分析列车的运动规律和性能特点。
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。
磁悬浮轴承多自由度转子系统的协同控制建模与仿真研究
磁悬浮轴承多自由度转子系统的协同控制建
模与仿真研究
磁悬浮轴承多自由度转子系统的协同控制建模与仿真研究
随着现代高科技的不断发展，磁悬浮轴承技术得到了广泛应用，
其中多自由度转子系统更是重要应用领域之一，能够有效提高机械设
备的精度和稳定性。
然而，多自由度转子系统由于结构复杂，难度较大，需要采用协同控制的方法进行研究。
首先，对磁悬浮轴承多自由度转子系统进行建模是必要的。
建模
过程中，先要对磁轴承进行建模和分析，获得磁场及其受力情况；再
根据转子的材料和结构特性对其建模，最后将磁轴承和转子系统进行
集成，建立完整的多自由度转子系统模型。
其次，针对该模型进行协同控制研究。
协同控制是指多控制器对
同一被控对象进行控制，实现多种控制目标。
多自由度转子系统中，
需要进行稳定控制和精度控制。
稳定控制主要通过均衡磁轴承和转子
的受力，提高系统整体稳定性；而精度控制则需要通过控制转子在空
间中的位置和方向，实现精准转动。
最后，进行仿真研究是验证该协同控制模型的有效性的重要方法。
仿真过程中，可以利用MATLAB等仿真软件进行模型验证和实验数据的
收集与分析。
通过仿真研究，可以有效掌握多自由度转子系统的运行
规律，并测试控制算法的有效性和实用性，从而为实际的工程应用提
供有力支撑。
总之，磁悬浮轴承多自由度转子系统的协同控制建模与仿真研究
是一个比较复杂的过程，但是却具有非常重要的现实意义。
该技术的
发展将有效解决现代科技发展面临的挑战，助力机械工程领域的发展。
电磁悬浮列车的动力学建模与控制
电磁悬浮列车的动力学建模与控制随着科技的发展，交通运输工具也在不断更新换代。
电磁悬浮列车，作为一种高速、低能耗的交通工具，具备着较好的发展前景。
本文将讨论电磁悬浮列车的动力学建模与控制，并探讨其在未来交通运输中的应用。
首先，我们要了解电磁悬浮列车的工作原理。
电磁悬浮列车利用磁悬浮原理来实现悬浮和推进。
车身底部装有强磁铁，与车道下的电磁轨道形成磁力作用，使车身悬浮在轨道上方。
同时，列车上的电磁系统产生的电磁力推动列车前进。
电磁悬浮列车同时具备了悬浮和推进功能，使其能够在高速运行中更好地保持平稳。
接下来，我们可以开始对电磁悬浮列车的动力学进行建模。
动力学建模是在理论基础上对列车的运动特性进行描述的过程。
首先，我们可以利用牛顿第二定律来建立列车的位置和速度之间的关系。
由于电磁悬浮列车不与轨道发生摩擦，因此我们可以忽略摩擦力的影响。
在这种情况下，列车受到的合力等于质量乘以加速度。
通过这个关系，我们可以得到列车速度随时间的变化情况。
接着，我们还可以加入其他因素，如气动力和阻力，对列车的动力学进行更准确的建模。
在完成动力学建模后，我们需要对电磁悬浮列车进行控制。
控制系统的设计使列车能够保持平稳运行、减小振动、提高运行速度等。
传统的列车控制方法包括PID控制和模糊控制等。
PID控制是一种经典的控制算法，通过调节比例、积分和微分参数来实现位置或速度控制。
模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，可以适应系统模糊性和不确定性，提高系统的稳定性和鲁棒性。
然而，随着科技的进步，现代控制方法也逐渐运用到电磁悬浮列车的控制上。
例如，模型预测控制（MPC）是一种在控制系统中广泛应用的先进控制方法。
MPC利用数学模型来预测系统未来的状态，并根据预测结果进行控制决策。
这种控制方法可以通过对列车运行状态的准确预测来提高轨道保持性能和降低能耗。
除了动力学建模和控制方法，电磁悬浮列车还涉及到安全和稳定性的问题。
由于列车在高速运行中存在许多不确定因素，如气动力、侧风等，我们需要进行安全性分析和控制策略的研究。
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。
磁悬浮列车控制系统的设计与实现
磁悬浮列车控制系统的设计与实现第一章绪论1.1 研究背景磁悬浮列车是一种高速交通工具，具有很高的运行速度和安全性。
它使用磁浮技术来悬浮在轨道上，并由电子控制系统控制运行速度和方向。
磁悬浮列车是未来城市交通的重要组成部分。
因此，研究磁悬浮列车的控制系统设计和实现是必不可少的。
1.2 研究意义对于磁悬浮列车控制系统，其可控制性和可靠性是至关重要的。
为保证磁悬浮列车的安全和稳定性，其控制系统需要具备快速而准确的响应能力，能够对所受到的各种外部干扰做出及时的反应。
同时，由于磁悬浮列车的运行速度和运行环境的特殊性，相较于传统的机电控制系统，其控制系统也具有一定的特殊性和复杂性。
因此，控制系统的设计和实现对于磁悬浮列车的实际应用意义重大。
1.3 研究现状国内外对于磁悬浮列车控制系统的研究工作已有所开展，尤其是在欧美和日本等发达国家，这项技术的研究早已成为他们国家高速交通发展的重要组成部分。
在我国，磁悬浮列车技术也已逐步发展，以上海磁浮列车为代表，逐渐引起广泛关注。
相关的研究工作也开始逐步开展。
第二章磁悬浮列车运行原理与控制系统设计2.1 磁悬浮列车运行原理磁悬浮列车基于磁悬浮技术，由电磁吸力悬浮在轨道上并靠电力驱动行驶，不需要接触式的轮轨接触，所以摆脱了机械磨损、轨道磨耗等问题，因此运行速度更快，噪音更小，对环境影响更小。
其主要结构由轨道悬浮系统、车体悬浮系统、车体控制系统、牵引驱动系统等组成。
2.2 磁悬浮列车控制系统设计一般来说，磁悬浮列车控制系统包含位置控制系统、速度控制系统和安全控制系统。
其中，位置控制系统主要负责保持车体在轨道中心位置上的悬浮高度；速度控制系统主要负责控制车体运行速度，以及计算和预测列车未来的位置和速度；安全控制系统主要负责监测车体状态、检测轨道故障、避免碰撞等安全保障措施。
第三章磁悬浮列车控制系统实现3.1 控制算法的实现磁悬浮列车控制系统的核心部分是控制算法，其能否正确实现直接影响到列车的运行安全和稳定性。
磁悬浮PID控制毕业论文
2011届毕业设计（论文）材料系、部: 电气与信息工程系学生姓名: 单能文指导教师: 易杰职称: 高级工程师专业：自动化班级: 0703班学号：4100703172011年6月材料清单1、毕业设计（论文)课题任务书2、毕业设计（论文）开题报告3、中期检查表4、指导教师评阅表5、评阅评语表6、答辩资格审查表7、答辩及最终成绩评定表8、毕业设计（论文）说明书湖南工学院2011届毕业设计(论文）课题任务书系:电气与信息工程系专业:自动化湖南工学院毕业设计(论文）开题报告湖南工学院毕业设计(论文）工作中期检查表湖南工学院2011届毕业设计（论文）指导教师评阅表系:电气与信息工程系专业:自动化湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表湖南工学院2011届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表系：电气与信息工程系专业：自动化2011届毕业设计说明书基于磁悬浮控制系统的PID控制器设计系、部：电气与信息工程系学生姓名：单能文指导教师：易杰职称高级工程师专业：自动化班级：0703班完成时间：2011年5月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。
磁悬浮系统稳定性研究设计
四川理工学院毕业设计（论文）磁悬浮系统的稳定性研究方案设计学生：赵波学号：07021040131专业：电气工程及其自动化班级：2007.1指导教师：田安华四川理工学院自动化与电子信息学院二O一一年六月摘要本文通过对磁悬浮系统稳定性方案的讨论，从多种方法中选取状态控制法来实现对系统的稳定性控制。
文中首先采用单电磁铁模型，由于该模型是非线性的开环控制系统，不能满足稳定性的要求，故经讨论采取在开环控制系统的基础上添加反馈方案，来实现对系统的稳定性控制。
再用MATLAB软件中的Simulink 模块进行系统仿真来验证该方案是否能实现系统的稳定性控制。
本文对系统模型工作原理以及该系统中所用到的元件如传感器，电磁铁，功率放大器等进行了选材原理分析。
同时文中也对磁悬浮系统的发展历史、现状及趋势做了简单介绍。
关键词：磁悬浮系统；单电磁铁模型；稳定性；状态控制ABSTRACTBased on the discussion of magnetic levitation system stability programs, we select state control law from a variety of ways to achieve stability of the system. Firstly, a single solenoid model was adopted to illustrate the stability of the system, since the model is non-linear open-loop control system, which can not meet the stability requirements, a feedback scheme was added to the system to achieve the stability based on the discussion. Then MATLAB Simulink software module in the system simulation was used to verify whether the program is to achieve system stability control. Meanwhile, the principle of the system simulation and the methods for the selection of components, such as sensors, solenoids and power amplifier, were provided in the text. Moreover, we gave a brief introduction of the magnetic levitation system history, current situation and trends.Key words: Magnetic levitation system; Single solenoid model；Stability；State control目录摘要 (I)ABSTRACT .......................................................... I I 第一章绪论 (1)1.1磁悬浮技术应用背景 (1)1.2磁悬浮技术发展简史 (1)1.3磁悬浮技术的应用 (3)1.4磁悬浮控制方法及发展趋势 (5)1.5磁悬浮稳定性方案讨论 (7)1.6论文的总体结构 (7)第二章磁悬浮系统的组成和工作原理 (8)2.1系统组成 (8)2.2系统工作原理 (9)2.3传感器的选择与测试 (10)2.3.1 S2900型一体化电涡流位移传感器介绍 (11)2.3.2 S2900型一体化电涡流位移传感器性能及参数 (11)2.3.3 S2900型一体化电涡流位移传感器特性曲线 (12)2.4电磁铁的选择 (13)2.5功率放大器的设计 (14)2.5.1斩波器的选择 (14)2.5.2驱动电路 (16)第三章单电磁铁悬浮系统数学模型的建立 (17)3.1磁悬浮系统动态模型的建立 (17)3.2系统的线性化与状态方程的建立 (19)第四章非线性化反馈线性化控制器设计与仿真 (22)4.1非线性化反馈线性化处理 (22)4.2系统仿真 (23)第五章总结 (29)致谢 (31)参考文献 (32)第一章绪论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。
磁悬浮列车运行控制系统仿真环境研究
磁悬浮列车运行控制系统仿真环境研究摘要：本文对磁悬浮列车运行控制系统仿真环境进行了研究，在此基础上，设计软硬件实现了磁悬浮列车运行控制系统的仿真测试平台，为进一步开展磁悬浮列车运行控制系统的研究奠定了基础。
关键词：磁悬浮列车运行控制系统环境仿真客运交通发展的历史是一个运行速度不断提高的历史[2]，每一种新型交通工具的出现都伴随着速度的显著提高。
随着我国国民经济的持续、快速发展，迫切需要建设和发展与高速客运相适应的、可持续发展的地面高速客运交通体系。
高速磁悬浮列车是当今惟一能达到500km/h运营速度的地面交通工具。
作为一种安全、快速、舒适、环保的交通工具，磁悬浮列车将得到不断的发展和普及，我国的磁浮交通事业也将进入一个前所未有的发展阶段。
磁浮交通系统包括线路、道岔系统，列车控制系统，供电、驱动系统和运行控制系统四个部分。
其中运行控制系统是整个磁浮交通系统的“大脑”，它涉及检测、有线和无线通信、数据处理、自动控制等各种高新技术。
运行控制系统通过计算机控制、计算机网络、通信及信息处理等先进技术与磁浮交通系统的车辆、安全防护、自动运行及调度管理等任务相连，完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及调度管理等任务[3]。
运行控制系统在整个磁浮交通系统中对列车运行进行自动控制与安全防护起核心作用。
磁悬浮列车运行控制系统(OCS)是一个安全性要求很高的系统，其安全可靠性直接关系到磁浮列车的安全稳定运行。
为了使磁悬浮列车运行控制系统达到相关的安全性标准，对其进行安全性测试是十分必要的。
要进行安全性测试，就必须要有一个仿真环境对运行控制系统的实际运行条件进行模拟。
仿真环境要求尽可能地反映真实情况，按照真实环境可能出现的各种故障进行模拟。
目前，我国在OCS安全性测试方面所做的工作还比较少。
笔者根据国内对OCS的研究现状对运行控制系统的环境仿真展开研究，并构建了OCS的仿真环境，为OCS的安全性测试提供了软硬平台。
自磁悬浮列车的设计与仿真性能研究
自磁悬浮列车的设计与仿真性能研究概述：随着科技的不断进步和交通需求的增长，人们对高速、安全、环保的交通工具的需求也越来越迫切。
自磁悬浮列车作为一种新型交通工具，具有悬浮、无轨、无摩擦、低噪音和环保等特点，受到了广泛关注。
本文将探讨自磁悬浮列车的设计和仿真性能研究，包括悬浮原理、磁悬浮控制系统、列车动力系统、仿真模型等。
一、悬浮原理自磁悬浮列车通过利用磁场产生升力，使列车悬浮于轨道上，从而减少了与轨道的摩擦力。
悬浮系统主要由轨道上的永磁体和列车车体上的超导体组成。
当列车车体中的超导体通过外界电流激励后，会产生一个与轨道永磁体相斥的磁场，从而使列车悬浮起来。
在设计自磁悬浮列车时，需要考虑永磁体的排布、超导体的材料和形状等因素，以获得最佳的悬浮性能。
二、磁悬浮控制系统磁悬浮控制系统是自磁悬浮列车的核心部分，它负责保持列车在悬浮状态下的平稳运行。
磁悬浮控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器用于采集列车运行状态的信息，包括列车位置、速度和加速度等。
控制器根据传感器采集到的数据，调节执行器的工作状态，控制列车的悬浮高度和姿态。
在设计磁悬浮控制系统时，需要考虑传感器的精度、控制器的稳定性和执行器的灵敏度，以实现列车的安全而平稳的运行。
三、列车动力系统列车动力系统主要负责为自磁悬浮列车提供运行所需的动力。
由于自磁悬浮列车悬浮在空中，它不需要通过轮轴传输动力，因此可以采用多种动力传输方式。
目前，常用的列车动力系统包括线性电机和永磁同步电机。
线性电机通过轨道上的线圈和列车车体上的磁铁之间的相互作用，产生推动力，驱动列车运行。
永磁同步电机则通过永磁体和列车车体上的绕组之间的磁场相互作用，产生推动力。
在设计列车动力系统时，需要考虑动力传输的效率、功率和响应速度，以确保列车能够以较高的速度运行。
四、仿真模型仿真模型是研究自磁悬浮列车性能的重要工具。
通过建立合理的仿真模型，可以对列车的运行情况进行预测和优化。
仿真模型通常包括列车的几何结构、材料参数、悬浮控制系统和动力系统等。
磁悬浮控制系统建模与仿真毕业设计论文
2010届毕业设计说明书磁悬浮控制系统建模及仿真系部：电气与信息工程系专业：电气自动化技术完成时间： 2010年5月目录1 绪论 (2)1.1 磁悬浮技术的发展与现状 (3)1.2 磁悬浮技术研究的意义 (3)1.3 磁悬浮的主要应用 (3)1.3.1 磁悬浮列车 (3)1.3.2 高速磁悬浮电机 (4)2 磁悬浮系统概述 (4)2.1 磁悬浮实验本体 (5)2.2 磁悬浮电控箱 (6)2.3 控制平台 (6)3 控制系统的数学描述 (7)3.1 控制系统数学模型的表示形式 (7)3.1.1 微分方程形式 (7)3.1.2 状态方程形式 (8)3.1.3 传递函数形式 (8)3.1.4 零极点增益形式 (9)3.1.5 部分分式形式 (9)3.2 控制系统建模的基本方法 (10)3.2.1 机理模型法 (10)3.2.2 统计模型法 (11)3.2.3 混合模型法 (11)3.2.4 控制系统模型选择 (12)3.3 控制系统的数学仿真实现 (12)4 MATLAB软件的介绍 (13)4.1 MATLAB简介 (13)4.2 Simulink概述 (13)4.3 Simulink用法 (14)5 磁悬浮系统基于MATLAB建模及仿真 (20)5.1 磁悬浮系统工作原理 (20)5.2 控制对象的运动方程 (21)5.3 系统的电磁力模型 (21)5.4 电磁铁中控制电压与电流的模型 (21)5.5 平衡时的边界条件 (23)5.6 系统数学模型 (23)5.7 系统物理参数 (23)5.8 Matlab下数学模型的建立 (24)5.9 开环系统仿真 (25)5.10 闭环系统仿真 (28)6 结束语 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)附A传感器实测参数 (35)1 绪论1.1 磁悬浮技术的发展与现状磁悬浮技术的发展始于上世纪，恩思霍斯发现了抗磁物体可以在磁场中自由悬浮，此现象于1939年由布鲁贝克进行了严格的理论证明。
计算机控制系统结业论文-磁悬浮球控制系统
系统开环的特征方程为
系统有一个极点在复平面的右半平面，根据系统稳定的充分必要条件：系统特征方程所有根的实部均落在复平面的左半平面，可知，此磁悬浮球系统的开环是不稳定的。
五．控制器设计及系统仿真
1.闭环控制模型
由上节得出的磁悬浮球系统开环传递函数可以看出，单自由度磁浮球系统的开环特征方程为 ，可以得出有一个根是正根，那么根据系统的稳定条件，开环磁悬浮球系统不稳定。为了使系统能够稳定的工作，必须在系统中加入控制器，做闭环控制。
LabVIEW设计界面如图6-1所示
图6-1 LabVIEW控制界面
图6-2 LabVIEW程序
程序中将G(s)离散化，编程进行模拟仿真，在实际的系统中将由程序通过DAQ-mx将控制量输出至采集卡输出口通过功率放大器驱动线圈。
七．硬件设计器件选型
1.功率放大器设计
功率放大器是磁悬浮球控制系统的个重要组成部分，它的作用是将控制器输出的电压校正信号进行放大并驱动电磁铁，以产生需要的控制电流和功率，从而产生需要的电磁力来控制磁悬浮转台。功率放大器根据采用的器件、原理不同，可分为模拟线性功率放大器和开关功率放大器。模拟功率放大器的优点是：稳定性好、负载稳定度高、输出纹波小、瞬态相应快、电流噪声小、频响好、结构简单、技术成熟、实现起来比较容易。模拟线性功率放大器在控制方法上分为电压—电流型功率放大器和电压—电压型功率放大器。
闭环控制系统的框图如图2-3所示。
图2-3系统闭环控制框图
不加控制器即Gc(s)=1时，闭环传递函数为：
在MATLAB对开环和不加控制器作用的系统坐阶跃响应，代码和结果如下。
s=tf('s');
g0s=9.81/(s^2-480.7)
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。
磁悬浮列车控制与仿真研究
磁悬浮列车控制与仿真研究磁悬浮列车作为一种新型的高速交通工具，其具有超高速、原理简单、无摩擦、节能环保等诸多优势，受到了广泛的关注和研究。
而对于磁悬浮列车的控制与仿真研究，更是必不可少的一环。
本文将从控制系统设计、仿真技术等方面进行探讨，以期提供一些有益的思路和方法。
磁悬浮列车控制系统的设计是确保列车安全平稳运行的关键之一。
控制系统主要包括车辆控制系统和线路控制系统，两者相互协作保证列车的稳定性和运行性能。
车辆控制系统负责实时监测车辆参数，如速度、加速度、位置等，并根据系统输入输出关系进行控制决策。
而线路控制系统则负责监测线路状态，如轨道几何、磁悬浮系统状态等，并控制磁力的大小和方向以维持列车的悬浮状态。
因此，对于磁悬浮列车的控制系统设计来说，首先要确定系统的输入输出关系，然后设计相应的控制算法和控制器来实现系统的稳定运行。
对于磁悬浮列车控制系统的仿真研究，其目的是通过计算机模拟来验证和评估设计的算法和控制器在各种运行工况下的性能。
近年来，随着计算机技术的不断发展和仿真技术的成熟，磁悬浮列车的仿真研究得到了广泛应用。
仿真技术能够有效地节约成本，提高效率，减少实际试验的风险，对于磁悬浮列车的控制与仿真研究来说，具有重要的意义。
磁悬浮列车的控制与仿真研究还需要考虑到实际运行环境的多样性。
例如，考虑到列车在高速运行时的稳定性，可以采用模型预测控制等方法来提高列车的动力学性能；考虑到列车在弯道行驶时的安全性，可以采用模糊控制等方法来实现列车的弯道控制。
另外，还可以结合模糊控制、神经网络等智能控制方法来实现磁悬浮列车的自适应控制，提高系统的鲁棒性和适应性。
在磁悬浮列车控制与仿真研究中，控制策略的优化也是一个重要的方面。
优化方法可以通过评价指标对控制算法进行反复迭代，以达到最佳控制效果。
评价指标可以包括能耗、系统稳定性、运行速度等多个方面，通过优化控制策略，可以最大限度地发挥磁悬浮列车的优势，实现更安全、更高效的运行。
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2010届毕业设计说明书磁悬浮控制系统建模及仿真系部：电气与信息工程系专业：电气自动化技术完成时间：2010年5月目录1 绪论 (2)1.1 磁悬浮技术的发展与现状 (3)1.2 磁悬浮技术研究的意义 (3)1.3 磁悬浮的主要应用 (3)1.3.1 磁悬浮列车 (3)1.3.2 高速磁悬浮电机 (4)2 磁悬浮系统概述 (4)2.1 磁悬浮实验本体 (5)2.2 磁悬浮电控箱 (6)2.3 控制平台 (6)3 控制系统的数学描述 (7)3.1 控制系统数学模型的表示形式 (7)3.1.1 微分方程形式 (7)3.1.2 状态方程形式 (8)3.1.3 传递函数形式 (8)3.1.4 零极点增益形式 (9)3.1.5 部分分式形式 (9)3.2 控制系统建模的基本方法 (10)3.2.1 机理模型法 (10)3.2.2 统计模型法 (11)3.2.3 混合模型法 (11)3.2.4 控制系统模型选择 (12)3.3 控制系统的数学仿真实现 (12)4 MATLAB软件的介绍 (13)4.1 MATLAB简介 (13)4.2 Simulink概述 (13)4.3 Simulink用法 (14)5 磁悬浮系统基于MATLAB建模及仿真 (20)5.1 磁悬浮系统工作原理 (20)5.2 控制对象的运动方程 (21)5.3 系统的电磁力模型 (21)5.4 电磁铁中控制电压与电流的模型 (21)5.5 平衡时的边界条件 (23)5.6 系统数学模型 (23)5.7 系统物理参数 (23)5.8 Matlab下数学模型的建立 (24)5.9 开环系统仿真 (25)5.10 闭环系统仿真 (28)6 结束语 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)附A传感器实测参数 (35)1 绪论1.1 磁悬浮技术的发展与现状磁悬浮技术的发展始于上世纪，恩思霍斯发现了抗磁物体可以在磁场中自由悬浮，此现象于1939年由布鲁贝克进行了严格的理论证明。
以后的研究又证明，如果最小有一阶自由度受外部机械约束的话，强磁性物体可以用磁力悬浮于稳定平衡状态。
至此，磁悬浮理论己经发展得较为完善了。
但是它的实际应用研究直到最近二十年才广泛开展。
近年来，磁悬浮技术得到了迅速发展，并得到越来越广泛的应用。
从高速磁轴承到高速悬浮列车，以及大气隙的风洞磁悬浮模型，这些都是很有前途的应用领域。
由于现代科学技术的发展，如传感器、控制技术(尤其是数字控制技术)、低温和高温超导技术，使得磁悬浮技术迅速崛起，引起各国投入大量的人力、物力、进行研究开发。
1.2 磁悬浮技术研究的意义磁悬浮由于其无接触的特点，避免了物体之间的摩擦和磨损，能延长设备的使用寿命，改善设备的运行条什，因而在交通、冶金、机械、电器、材料等各个方面有着广阔的应用前景。
高速磁悬浮列车以其在技术、经济和环保方面的独特优势被认为是21世纪的交通工具的发展方向，德国和日本等国家在这方面己经取得了重要进展，磁悬浮列车技术开始走向实用阶段。
另外，在磁力轴承、磁悬浮天平、磁悬浮高速电机及相关技术应用也都得到了发展，国外己经开发出这类高技术的产品并且己经进入市场。
磁悬浮技术不仅在电气等工业领域得到厂泛应用，而且在生命科学领域也开始得到应用，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。
在我国，磁悬浮技术的研究是从80年代初开始的，日前已掌握了磁悬浮列车技术。
进行高速磁悬浮列车这类课题的研究耗资巨大，在日前国内情况下不能采取国外以试验为主的研究方法，主要从理论上进行研究，在此基础上进行模拟实验，为我国实际应用磁悬浮技术提供理论依据。
进行磁悬浮其它应用技术的研究，可以实现学科间的交叉、渗透，推动磁悬浮高技术产品的开发与应用，因此具有十分重要的理论意义和现实意义。
1.3 磁悬浮的主要应用1.3.1 磁悬浮列车磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。
常导磁悬浮列车可达400至500公里／小时，超导磁悬浮列车可达500至600公里／小时。
它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。
由于没有轮子、无摩擦等因素，它比目前最先进的高速火车省电30%。
在500公里／小时速度下，每座位／公里的能耗仅为飞机的1／3至1／2，比汽车也少耗能30%。
因无轮轨接触，震动小、舒适性好，对车辆和路轨的维修费用也大大减少。
磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的噪音很低。
它的磁场强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器。
由于采用电力驱动，避免了烧煤烧油给沿途带来的污染。
1.3.2 高速磁悬浮电机高速磁悬浮电机(Bearing less Motors)是近年提出的一个新研究方向。
它集磁悬浮轴承和电动机于一体，具有自悬浮和驱动能力，不需要任何独立的轴承支撑，且具有体积小、临界转速高等特点，更适合于超高速运行的场合，也适合于小型乃至超小型结构。
国外自90年代中期开始对其进行了研究，相继出现了永磁同步型磁悬浮电机、开关磁阻型磁悬浮电机、感应型磁悬浮电机等各种结构。
其中感应型磁悬浮电机具有结构简单，成本低，可靠性高，气隙均匀，易于弱磁升速，是最有前途的方案之一。
传统的电机是由定子和转子组成，定子与转子之间通过机械轴承连接，在转子运动过程中存在机械摩擦，增加了转子的摩擦阻力，使运动部件磨损，产生机械振动和噪声，使运动部件发热，润滑剂性能变差，严重的会使电机气隙不均匀，绕组发热，温升增大，从而降低电机效能，最终缩短电机使用寿命。
磁悬浮电机利用定子和转子励磁磁场间“同性相斥，异性相吸”的原理使转子悬浮起来，同时产生推进力驱使转子在悬浮状态下运动。
磁悬浮电机的研究越来越受到重视，并有一些成功的报道。
如磁悬浮电机应用在生命科学领域，现在国外己研制成功的离心式和振动式磁悬浮人工心脏血泵，采用无机械接触式磁悬浮结构不仅效率高，而且可以防止血细胞破损，引起溶血、凝血和血栓等问题。
磁悬浮血泵的研究不仅为解除心血管病患者的疾苦，提高患者生活质量，而且为人类延续生命具有深远意义。
2 磁悬浮系统概述磁悬浮实验系统作为自动控制实验系统，可以满足工科院校的控制器件、自控原理、现代控制理论和控制系统课程设计的需求。
GML 磁悬浮实验系统是固高科技有限公司为全方位满足自动控制课程的教学需要而研制、开发的实验教学平台。
磁悬浮实验系统是研究磁悬浮技术的平台,它主要由电磁铁、位置敏感传感器、放大及补偿装置、数字控制器和控制对象钢球等元件组成。
它是一个典型的吸浮式悬浮系统。
此系统可以分为磁悬浮实验本体、电控箱及由数据采集卡和普通PC 机组成的控制平台等三大部分。
系统组成框图见图2.1。
图2.1 磁悬浮系统框图2.1 磁悬浮实验本体电磁铁绕组中通以一定的电流会产生电磁力,控制电磁铁绕组中的电流,使之产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。
但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。
主要有以下电控箱控制平台 磁悬浮实验本体几个部分组成：如图2.2所示。
◆ 箱体◆ 电磁铁◆ 传感器◆ 激光发生器◆ 悬浮体2.2 磁悬浮电控箱 电控箱内安装有如下主要部件： ◆直流线性电源◆ 传感器后处理模块◆ 电磁铁驱动模块◆ 空气开关◆ 接触器◆ 开关、指示灯等电气元件 2.3 控制平台◆ 与IBM PC/AT 机兼容的PC 机，带PCI 总线插槽◆ PCI1711数据采集卡及其驱动程序◆ 演示实验软件图2.2 磁悬浮实验本体图箱体电磁铁 传感器 激光发生器悬浮体3 控制系统的数学描述描述控制系统数学模型在控制系统的研究中有着重要的地位。
要对系统进行仿真处理首先应当知道系统的数学模型,然后才可以对系统进行模拟.自动控制系统的种类繁多，为通过仿真手段进行分析和设计，首先需要用数学形式描述各类系统的运动规律，即建立他们的数学模型。
模型确定之后，还必须寻求合理的求解数学模型的方法，即数值算法，才能得到正确的仿真结果。
工业生产力的实际系统绝大多数是物理系统，系统中的变量都是一些具体的物理量，如电压、电流、压力、温度、速度、位移等等，这些物理量是随时间连续变化的，称之为连续系统；若系统中物理量是随时间断续变化的，如计算机控制、数字控制、采样控制等等，则称为离散（或采样）系统。
采用计算机仿真来分析和设计控制系统，首要问题就是建立合理地描述系统中各物理量变化的动力学方程，并根据仿真需要，抽象为不同表达形式的系统数学模型。
3.1 控制系统数学模型的表示形式在线性系统理论中,一般常用的数学模型形式有:微分方程模型、传递函数模型(系统的外部模型)、状态方程模型(系统的内部模型)、零极点增益模型和部分分式模型等。
这些模型之间都有着内在的联系，可以相互转换。
微分方程模型是控制系统模型的基础，一般来讲，利用机械学、电学、力学等物理规律，便可以得到控制系统的动态方程，这些方程对于线性定常连续系统而言是一种常系数的线性微分方程。
3.1.1 微分方程形式设线性定常系统输入、输出量是单变量，分别为u(t)、y(t),则两者见的关系总可以描述为线性常系数高阶微分方程形式()(1)1()0110n n m n n m a y a y a y a y b u b u --++++=++ 3.1式中，()j y 为y(t)的j 阶导数，()()j j j d y t y dt =，j=0,1,…，n ；()i u 为u(t)的i 阶导数，()()i i id u t u dt =，i=0,1,…，m ；j a 为y(t)及其各阶的系数，j=0,1, …,n ；j b 为u(t)及其各阶导数的系数，i=0,1,…，m ；n 为系统输出变量导数的最高阶次；m 为系统输入变量导数的最高阶数，通常总有m ≤n 。
对式(3-1)的数学模型，可以用以下模型参数形式表征：输出系数向量[]01,,,n A a a a =，n+1维输入系数向量[]01,,,m B b b b =，m+1维输出变量导数阶次，n输入变量导数阶次，m有了这样一组模型参数，就可以简便地表达出一个连续系统的微分方程形式。
微分方程模型是连续控制其他数学模型表达形式的基础，以下所要讨论的模型表达形式都是以此为基础发展而来的。
3.1.2 状态方程形式当控制系统输入、输出为多变量时，可用向量分别表示U(t)、Y(t),由现代控制理论可知，总可以通过系统内部变量之间的转换设立状态向量X(t),将系统表达为状态方程形式()()()()()()X t A X t B U t Y t C X t D U t ∙⎧⎪=+⎨=+⎪⎩ 3.200()X t X = 为状态初始值已知，U(t)为输入向量（m 维）；Y （t ）为输出向量（r 维）；X(t)为状态向量（n 维）。