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。

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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

ABSTRACT

Magnetic 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)