磁懸浮球控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制算法研究.pdf

1、磁懸浮球系統(tǒng)涉及到機(jī)械學(xué)、控制理論、數(shù)字信號處理等多領(lǐng)域的知識,每個環(huán)節(jié)都直接影響了磁懸浮球系統(tǒng)的性能,是一個復(fù)雜的機(jī)、電、磁綜合系統(tǒng)。本文結(jié)合磁懸浮技術(shù)的發(fā)展趨勢和實(shí)際應(yīng)用背景,對磁懸浮球控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、控制算法進(jìn)行了較深入的分析和研究。詳細(xì)介紹了磁懸浮球系統(tǒng)的組成、工作原理、數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了硬件結(jié)構(gòu)、控制器算法,組建了整個控制系統(tǒng)。
　　 首先介紹了磁懸浮球控制系統(tǒng)的組成和工作原理,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬

2、件部分,詳細(xì)介紹了PID控制器、電渦流傳感器、開關(guān)功率放大器的設(shè)計(jì)方法,并給出了設(shè)計(jì)的原理圖、印制出的電路板及電路板的測試過程。對電路板的測試結(jié)果表明電路板的性能可以滿足磁懸浮球系統(tǒng)的要求。
　　 其次控制器的性能直接影響整個系統(tǒng)的性能,本文將滑模變結(jié)構(gòu)控制算法應(yīng)用在磁懸浮球系統(tǒng)中,其中包括基于反演設(shè)計(jì)的滑?？刂?、動態(tài)滑?？刂坪突诜e分切換函數(shù)的自適應(yīng)滑模控制,并進(jìn)行了MATLAB仿真。仿真結(jié)果表明,系統(tǒng)由初始狀態(tài)到穩(wěn)定懸浮的時

3、間過渡很短,輸出信號可以很好的跟蹤輸入信號、誤差很小,符合系統(tǒng)要求,三種控制算法都能得到較理想的控制效果。
　　 最后本文采用MATLAB開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)的離散滑模變結(jié)構(gòu)控制器,利用MATLAB軟件的實(shí)時控制功能(RTW),通過數(shù)據(jù)采集卡與外部系統(tǒng)相連,實(shí)現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為控制平臺的數(shù)字控制。在數(shù)字控制中為消除系統(tǒng)中干擾,加入了濾波器(卡爾曼濾波器和強(qiáng)跟蹤濾波器)設(shè)計(jì),得到了有研究意義的實(shí)驗(yàn)效果。
　　 本文對單自由度磁懸浮球系