磁悬浮球控制系统实验平台的研究与设计

论文摘要

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。本文所设计的磁悬浮球控制系统实验平台是一种单自由度的磁悬浮控制平台,单自由度磁悬浮系统具有结构简单,性能评判相对容易,科研周期短,研究成果应用广泛的特点。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。本文着重介绍了磁悬浮球控制系统实验平台的硬件设计,介绍了包括位移传感器、控制器、功率放大器的设计过程。在此基础上,本文利用MATLAB的实时控制功能(RTW)设计了基于计算机的磁悬浮PID数字控制器。所研制的数字控制器软件设计方法简单、性能稳定、实时调试方便。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磁悬浮技术发展历史和研究现状
• 1.2 磁悬浮实现方法的分类
• 1.3 磁悬浮控制方法的现状与发展趋势
• 1.4 课题研究背景
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 磁悬浮球系统组成及系统模型
• 2.1 磁悬浮球系统组成
• 2.2 磁悬浮球系统工作原理
• 2.3 磁悬浮球系统的数学模型
• 2.4 磁悬浮球系统闭环控制
• 2.5 本章小结
• 第三章 磁悬浮球控制系统实验平台硬件设计
• 3.1 位移传感器设计
• 3.1.1 交流电桥式涡流传感器的设计
• 3.1.2 光电传感器的设计
• 3.2 控制器设计
• 3.2.1 模拟PID 控制器设计
• 3.2.2 基于计算机的磁悬浮球控制器设计
• 3.3 功率放大器设计
• 3.3.1 传统线性功率放大器
• 3.3.2 开关功率放大器
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于计算机的磁悬浮球控制器设计
• 4.1 MATLAB 软件的简介
• 4.1.1 选用此软件的缘由
• 4.1.2 Simulink 仿真系统
• 4.1.3 RTW （real-time workshop） 实时工作间
• 4.2 基于计算机的磁悬浮球控制系统的实现
• 4.2.1 硬件构成
• 4.2.2 软件实现
• 4.3 结果分析
• 4.4 磁悬浮球控制系统试验
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要工作及贡献
• 5.2 有关进一步研究的思考
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文