本科毕业设计（论文）题目: 磁悬浮小球系统的PID控制 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。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。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：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。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。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。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权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。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。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）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。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。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，不准用徒手画謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。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.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）。中 文 摘 要 本文针对磁悬浮小球系统设计了PID控制器，实现了对对磁悬浮小球的控制。在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立了磁悬浮小球控制系统的数学模型，并设计了PID控制器，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，结果表明了设计方法的有效性。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。关键词：磁悬浮系统；PID控制器；MATLAB仿真AbstractBased on magnetic levitation ball system, we designed a PID controller which can control magnetic levitation ball. On the basis of analyzing the magnetic suspension system structure and working principle, established a mathematical model of magnetic suspension ball control system and designed a PID controller. Using MATLAB to simulate and control the magnetic suspension ball control system timely, and get better control parameters. The result shows that the proposed method is effective.茕桢广鳓鯡选块网羈泪。Key words：Magnetic suspension system; PID controller; Matlab simulation鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。目 录第1章 引 言1籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.1 前言1預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。1.2 磁悬浮的分类及应用前景1渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1.3 磁悬浮技术的研究现状2铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.4 磁悬浮的控制方法和发展趋势3擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.5 课题的提出和意义4贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。第2章 磁悬浮系统的结构与建模7坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.1 磁悬浮系统的基本结构7蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.1.1 磁悬浮实验本体7買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.1.2 磁悬浮实验电控箱8綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.1.3 磁悬浮实验平台8驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.2 磁悬浮系统工作原理8猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。2.3 磁悬浮系统的数学模型9锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。2.3.1 控制对象的运动方程9構氽頑黉碩饨荠龈话骛。2.3.2 系统的电磁力模型9輒峄陽檉簖疖網儂號泶。2.3.3 电磁铁中控制电压与电流的模型10尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。2.3.4 电磁铁平衡时的边界条件11识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。2.3.5 电磁铁系统数学模型11凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。2.3.6 电磁铁系统物理参数12恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。第3章 控制器设计13鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。3.1 控制器方案选择13硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。3.1.1 电流控制器13阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。3.1.2 电压控制器13氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。3.1.3 方案的确定14釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。3.2 PID控制器设计14怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。3.2.1 PID控制基础15谚辞調担鈧谄动禪泻類。3.2.2 PID控制参数整定方法与步骤16嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。第4章 基于MATLAB的控制系统仿真19熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。4.1 MATLAB简介19鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。4.2 Simulink介绍20纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。4.3 MATLAB下数学模型的建立20颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。4.4 开环系统仿真21濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。4.5 闭环系统仿真22銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。4.6 PID参数整定26挤貼綬电麥结鈺贖哓类。4.7 磁悬浮系统的实时控制30赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。第5章 结 论33塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。参 考 文 献35裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。致 谢37仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。第1章 引 言第1章 引 言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1。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。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。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。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。1.2 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2：瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。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，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3。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。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。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。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。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。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。目前，各国都在大力发展磁悬浮技术的多方面应用，以期适应生产发展要求。磁悬浮列车以其在经济、环保等方面的优势被认为是二十一世纪交通工具的发展方向，德国和日本在这方面已经取得很大的进展，技术逐渐成熟。磁悬浮轴承有着一般传统轴承和支撑技术所无法比拟的优越性，并且已取得工业的广泛应用。另外，磁悬浮隔振器、磁悬浮电机等相关技术也都发展迅速，进入了工业应峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。1.3 磁悬