磁懸浮PID控制畢業(yè)論文

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料系 、 部： 電氣與信息工程系學(xué)生姓名：?jiǎn)文芪闹笇?dǎo)教師：易杰職稱： 高級(jí)工程師專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)： 0703 班2011年 6月0材料清單1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告3、中期檢查表4、指導(dǎo)教師評(píng)閱表5、評(píng)閱評(píng)語(yǔ)表6、答辯資格審查表7、答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表8、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書湖南工學(xué)院2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書系：電氣與信息工程系專業(yè)：自動(dòng)化指導(dǎo)教師易杰學(xué)生姓名單能文課題名稱基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：1 了解磁懸浮球控制系統(tǒng)的組成及工作原理。2

2、 掌握 PID 控制器原理及其熟悉MATLAB軟件。3 利用數(shù)學(xué)建模的方法建立磁懸浮球控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。4 設(shè)計(jì) PID 控制器并進(jìn)行MATLAB仿真。5 采用設(shè)計(jì)好的控制器對(duì)磁懸浮球控制系統(tǒng)實(shí)物進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)磁懸浮系統(tǒng)的PID 控制器及MATLAB仿真內(nèi)容及任務(wù)設(shè)計(jì) PID 控制器，對(duì)磁懸浮控制系統(tǒng)進(jìn)行Simulink仿真實(shí)現(xiàn)，并將獲得的控制器參數(shù)在實(shí)際系統(tǒng)上對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)起止日期工作內(nèi)容備注收集關(guān)于磁懸浮球控制系統(tǒng)的PID控制2010.12.2 2011.4.15器相關(guān)資料，熟悉畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，并參加畢業(yè)2011.4.17 2011.4.24實(shí)習(xí)，對(duì)畢

3、業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步熟悉，為搞好設(shè)計(jì)打2011.4.25 5.20下基礎(chǔ)。2011.5.21 5.31完成總體方案設(shè)計(jì)2011.6.1 6.10設(shè)計(jì) PID 控制器并進(jìn)行 MATLAB 仿真及進(jìn)實(shí)時(shí)控制 ,給出控制曲線和控制器參數(shù)并進(jìn)行度分析安編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書排教師評(píng)閱設(shè)計(jì) ,學(xué)生進(jìn)行總結(jié) ,畢業(yè)答辯主1現(xiàn)代控制工程盧伯英要電子工業(yè)出版社參2先進(jìn) PID 控制及其 MATLAB仿真劉金琨電子工業(yè)出版社考3固高磁懸浮系統(tǒng)與自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教程系列資料教研室月日系主管領(lǐng)月日年年意見(jiàn)導(dǎo)意見(jiàn)湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文 ) 開(kāi)題報(bào)告題目基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名單能文班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)自動(dòng)化1.

4、 課題的理解與學(xué)習(xí)隨著航天事業(yè)的發(fā)展， 模擬微重力環(huán)境下的空間懸浮技術(shù)已成為進(jìn)行相關(guān)高科技研究的重要手段。 目前的懸浮技術(shù)主要包括電磁懸浮、 光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術(shù)比較成熟。電磁懸浮技術(shù)（ Electromagnetic levitation ）簡(jiǎn)稱 EML 技術(shù)。它的主要原理是利用高頻電磁場(chǎng)在金屬表面產(chǎn)生的渦流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬球的懸浮。本課題就屬此范疇。目前，磁懸浮控制應(yīng)用技術(shù)分為數(shù)字控制方式和模擬控制方式。 隨著近年來(lái)現(xiàn)代控制理論的日趨成熟， 同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的飛躍提高， 數(shù)字式控制方式得到越來(lái)越多的應(yīng)用。 在工程實(shí)際中， 應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器

5、控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 PID 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 在工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展的今天， 又出現(xiàn)了許多的新型的控制器如自校正 PID 、專家自適應(yīng) PID 、預(yù)估 PID 、模糊 PID 、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID 、非線性 PID 等新型控制器。本課題屬于數(shù)字 PID 控制范疇。2. 綜述當(dāng)今，關(guān)于磁懸浮技術(shù)（ Magnetic Suspension Technique）的研究與開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)外都處于快速發(fā)展之中， 其中研究較多的磁懸浮技術(shù)主要有兩類： 磁懸浮軸承和磁懸浮列

6、車；而在國(guó)外，目前磁懸浮軸承已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。我國(guó)從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始研究磁懸浮軸承技術(shù)，現(xiàn)已取得了一定的研究成果。隨著控制理論的發(fā)展以及對(duì)磁懸浮系統(tǒng)性能要求的不斷提高， 磁懸浮系統(tǒng)控制器需要實(shí)現(xiàn)的控制算法的復(fù)雜程度日漸加大。 傳統(tǒng)的模擬控制器雖然具有成本低、速度快、性能穩(wěn)定、對(duì)控制算法適應(yīng)良好等優(yōu)點(diǎn)，但存在著參數(shù)調(diào)整不太方便，硬件結(jié)構(gòu)不易改變等缺點(diǎn)，難以滿足用戶日益增高的要求。在磁懸浮系統(tǒng)控制中，普遍采用了基于 DSP 構(gòu)建的數(shù)控平臺(tái)。此平臺(tái)難以克服其硬件成本高、開(kāi)發(fā)同期長(zhǎng)、延續(xù)性差、對(duì)用戶軟件、硬件能力要求高等缺點(diǎn)。因此，數(shù)字控制算法成為磁懸浮系統(tǒng)控制原理的主流趨勢(shì)，而開(kāi)

7、發(fā)一種低成本、高效率、易開(kāi)發(fā)、易維護(hù)的控制器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)便成為迫切的需要。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給控制系統(tǒng)開(kāi)辟了新的途徑，以 PC 機(jī)作為控制器的試驗(yàn)平臺(tái)，免去了對(duì)DSP 的硬件需求，從而降低了成本，且使用方便，人機(jī)界面友好。本課題就是以計(jì)算機(jī)為控制器設(shè)計(jì)平臺(tái)，以 MATLAB 作為控制軟件，以數(shù)字 PID 算法作為控制原理的基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器的設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)的有成本低， 數(shù)據(jù)采集卡不需要自己開(kāi)發(fā)， 開(kāi)發(fā)周期短，易于維護(hù)，參數(shù)易于調(diào)整，操作簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，就研究階段作為控制器的試驗(yàn)平臺(tái)而言，它無(wú)疑是比 DSP 平臺(tái)更好的選擇。3. 執(zhí)行（實(shí)施）方案（含具體進(jìn)度計(jì)劃）(1) 系統(tǒng)建模：通過(guò)對(duì)

8、磁懸浮控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程、電學(xué)方程、電學(xué)力學(xué)關(guān)聯(lián)方程以及邊界方程得出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，建立數(shù)學(xué)模型。(2) Simulink 仿真：在 MATLAB 中建立以上的數(shù)學(xué)模型，并加入PID 控制器，進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)仿真，給出仿真曲線，得到較好的 PID 控制參數(shù)。(3) 實(shí)時(shí)控制：對(duì)磁懸浮控制系統(tǒng)用以上控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制并驗(yàn)證控制參數(shù)。(4) 具體進(jìn)度計(jì)劃：總體方案的設(shè)計(jì)（ 1 周）設(shè)計(jì) PID 控制器并進(jìn)行MATLAB 仿真和實(shí)時(shí)控制，給出控制曲線和控制參數(shù)并分析（5 周）編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書（1 周）老師評(píng)閱設(shè)計(jì)（論文） ，學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，準(zhǔn)備答辯（0.5 周）畢業(yè)設(shè)計(jì)

9、（論文）答辯（0.5 周）指導(dǎo)教師批閱 指導(dǎo)教師 (簽名 )： 年 月 日意見(jiàn)湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文 ) 工作中期檢查表題目基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名單能文班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生開(kāi)題情況按時(shí)作出開(kāi)題報(bào)告學(xué)生調(diào)研及查閱文獻(xiàn)情況進(jìn)行了調(diào)研，查閱了相關(guān)文獻(xiàn)資料畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原計(jì)劃有無(wú)調(diào)整無(wú)調(diào)整學(xué)生是否按計(jì)劃執(zhí)行工作進(jìn)度是學(xué)生是否能獨(dú)立完成工作任務(wù)能獨(dú)立完成指學(xué)生的英文翻譯情況完成英文翻譯一篇，字?jǐn)?shù)2000 字導(dǎo)學(xué)生每周接受指導(dǎo)的次數(shù)及時(shí)間每周一次教畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過(guò)程檢查記錄情況有記錄學(xué)生的工作態(tài)度在相應(yīng)選項(xiàng)劃“”認(rèn)真一般較差師填寫尚存在的問(wèn)題及采取的措施：尚未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。指

10、導(dǎo)教師簽字：年月日系部意見(jiàn)：負(fù)責(zé)人簽字：年月日湖南工學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表系：電氣與信息工程系專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生姓名單能文學(xué)號(hào)班級(jí)0703專業(yè)自動(dòng)化指導(dǎo)教師姓名易杰課題名稱基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)是否同意參加答辯：是否指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)分值：指導(dǎo)教師簽字：年月日湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱評(píng)語(yǔ)表題目基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名單能文班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)評(píng)閱李祖林職稱教 授工作單位教師姓名評(píng)分內(nèi)容具體要求能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料及從事其他形式的調(diào)研，能較好地理解開(kāi)題情況課題任務(wù)并提出實(shí)施方案，有分析整理各類信息并從中獲取調(diào)研論證新知識(shí)的能力。摘要及外文資

11、料翻譯準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)定內(nèi)容及字?jǐn)?shù)外文翻譯要求。自動(dòng)化總分評(píng)分1010設(shè)計(jì)質(zhì)量論證、分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算、結(jié)構(gòu)、建模、實(shí)驗(yàn)正確合理。35創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識(shí)，有重大改進(jìn)或獨(dú)特見(jiàn)解，有一定實(shí)用價(jià)10值。撰寫質(zhì)量結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字通順，用語(yǔ)符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，書寫15格式規(guī)范，符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求。綜合能力能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題。20總評(píng)分評(píng)閱教師評(píng)閱意見(jiàn)評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)閱教師簽名日期湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯資格審查表題目基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名單能文學(xué)號(hào)專業(yè)自動(dòng)化指導(dǎo)教師易杰內(nèi)容綜述 ：本課題基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)PID 控

12、制器對(duì)磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行仿真與控制。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要步驟和方法：首先對(duì)磁懸浮控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、電磁學(xué)方程和邊界方程， 由以上方程求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，建立起控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后用 MATLAB 中的 Simulink 工具箱對(duì) PID控制器進(jìn)行仿真和參數(shù)整定，最后，再用MATLAB 中的 Real-Time Control工具箱用所設(shè)計(jì)的PID 控制器對(duì)磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)選題意義重大： 現(xiàn)階段，磁懸浮技術(shù)在國(guó)內(nèi)外正處于發(fā)展初期，許多控制方法還不成熟， 設(shè)備也不完善，因此該領(lǐng)域有著廣大的發(fā)展前途； PID 控制是在經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上， 通過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐

13、總結(jié)形成的一種控制方法，其參數(shù)物理意義明確，結(jié)構(gòu)改變比較靈活，魯棒性較強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)，在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中控制效果較為顯著。 當(dāng)前，PID 控制仍然是首選的控制策略之一。在此，特向畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯資格審查小組及指導(dǎo)老師提出答辯申請(qǐng)，望批準(zhǔn)！申請(qǐng)人簽名：日期：資格審查項(xiàng)目是否1 工作量是否達(dá)到所規(guī)定要求文檔資料是否齊全（任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文資料翻譯、定稿02論文及其相關(guān)附件資料等）3 是否完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)4 完成的成果是否達(dá)到驗(yàn)收要求5 是否剽竊他人成果或者直接照抄他人設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師簽名：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯資格審查小組意見(jiàn)：符合答辯資格，同意答辯不符合答辯資格，不同意答辯審查小

14、組成員簽名：年月日湖南工學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表系：電氣與信息工程系專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生姓名單能文學(xué)號(hào)班級(jí)0703答辯6.8日期課題名稱基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)指導(dǎo)易杰教師成績(jī)?cè)u(píng)定分評(píng)定小計(jì)值思路清晰，語(yǔ)言課表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確，實(shí)驗(yàn)題方法科學(xué)， 分析歸納30介合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)紹計(jì)（論文）有應(yīng)用價(jià)值。思 維 敏必捷 , 回答問(wèn)題答40答有理論根據(jù)，題辯基本概念清表楚，主要問(wèn)題自現(xiàn)回答準(zhǔn)確大、由30深入 ,知識(shí)面提寬。問(wèn)合計(jì)100答辯評(píng)分分值：答辯成績(jī) a：答辯小組長(zhǎng)簽名：× 40指導(dǎo)教師評(píng)分指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)b：分值：× 40

15、評(píng)閱教師評(píng)分評(píng)閱教師評(píng)定成績(jī)c：分值：× 20最終評(píng)定成績(jī)：分?jǐn)?shù)：等級(jí)：答辯委員會(huì)主任簽名：年月日2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書基于磁懸浮控制系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)系 、 部： 電氣與信息工程系學(xué)生姓名：?jiǎn)文芪闹笇?dǎo)教師：易 杰 職稱 高級(jí)工程師專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)： 0703 班完成時(shí)間：2011 年 5 月摘要磁懸浮技術(shù)具有無(wú)摩擦、無(wú)磨損、無(wú)需潤(rùn)滑以及壽命較長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，在能源、交通、航空航天、機(jī)械工業(yè)和生命科學(xué)等高科技領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景。隨著磁懸浮技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)磁懸浮系統(tǒng)的控制已成為首要問(wèn)題。本設(shè)計(jì)以 PID 控制為原理，設(shè)計(jì)出PID 控制器對(duì)磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行控制。在分析磁懸浮

16、系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理的基礎(chǔ)上，建立磁懸浮控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并以此為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了PID 控制器，確定控制方案，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，得出較好的控制參數(shù)，并對(duì)磁懸浮控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，驗(yàn)證控制參數(shù)。最后，本設(shè)計(jì)對(duì)以后研究工作的重點(diǎn)進(jìn)行了思考，提出了自己的見(jiàn)解。PID 控制器自產(chǎn)生以來(lái)， 一直是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最廣、 也是最成熟的控制器。目前大多數(shù)工業(yè)控制器都是 PID 控制器或其改進(jìn)型。盡管在控制領(lǐng)域，各種新型控制器不斷涌現(xiàn)，但PID 控制器還是以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，處于主導(dǎo)地位。關(guān)鍵字： 磁懸浮系統(tǒng)； PID 控制器； MATLAB 仿真AbstractMagne

17、tic suspension technology, which , no wear, no need of lubrication and long life expectancy, is widely concerned and adopted in , aerospace, industrial machinery and life scienceWith the extensive application of maglev technology, the control of the maglev system this paper, for the principle of PID

18、 control, PID controller designed to control magnetic suspension system.On the basis of analyzing of magnetic suspensionsystemstructure and working principle, its system mathematical model was established, this thesis describe PID controller designed and get control scheme. It gets the better contro

19、l 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 lastSince PID controllers the process of industrial production most widely and most sophisticated

20、 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.Keywords: magnetic suspension system; PIDcontro

21、ller; MATLABsimulation目錄111.111.22252.152.252.362.46383.183.293.393.493.5104PID124.1124.2PID135MATLAB185.1MATLAB185.2175.3PID196263031331 緒論1.1磁懸浮技術(shù)綜述磁懸浮技術(shù)屬于自動(dòng)控制技術(shù)，它是隨著控制技術(shù)的發(fā)展而建立起來(lái)的。磁懸浮的作用是利用磁場(chǎng)力使某一物體沿著或繞著某一基準(zhǔn)框架的一軸或幾軸保持固定位置。由于懸浮體和支撐之間沒(méi)有任何接觸，克服了由摩擦帶來(lái)的能量消耗和速度限制，具有壽命長(zhǎng)、能耗低、無(wú)污染、無(wú)噪聲、不受任何速度限制、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此目前世界

22、各國(guó)已廣泛開(kāi)展磁懸浮控制系統(tǒng)的研究。隨著控制理論的不斷完善和發(fā)展，采用先進(jìn)的控制方法對(duì)磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行的控制和設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有更好的魯棒性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，帶來(lái)了磁懸浮控制系統(tǒng)向智能化方向的快速發(fā)展。目前，關(guān)于磁懸浮技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)外都處于快速發(fā)展之中。磁懸浮技術(shù)從原理上來(lái)說(shuō)不難以理解，但是真正將其產(chǎn)業(yè)化卻是近幾年才開(kāi)始的。磁懸浮方式分類一般而言，磁懸浮可分為以下3 種主要的應(yīng)用方式：(1)電磁吸引控制懸浮方式：此種控制方式利用了導(dǎo)磁材料與電磁鐵之間的吸力，幾乎絕大部分磁懸浮技術(shù)采用該技術(shù)。雖然原理上這種吸引力是一種不穩(wěn)定的力，但通過(guò)控制電磁鐵電流的大小，可以將

23、懸浮氣隙保持在一定數(shù)值上。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和驅(qū)動(dòng)元器件高性能、低價(jià)格化，該方式得到了廣泛應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上也有研究人員提出了把需要大電流勵(lì)磁的電磁鐵部分替換成可控型永久磁鐵的方案，并深入的進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)工作。該方案可以大幅度的降低勵(lì)磁損耗，甚至在額定懸浮高度時(shí)不需要能量，是一種非常值得注目的新技術(shù)。(2)永久磁鐵斥力懸浮方式：此控制方式利用永久磁體間的斥力，一般產(chǎn)生斥力為 1kgcm2 ，所以被稱為永久磁體斥力懸浮方式。當(dāng)然，根據(jù)所用的磁材料的不同，其產(chǎn)生的斥力相應(yīng)變化。但是，由于橫向位移的不穩(wěn)定因素，需要從力學(xué)角度來(lái)安排磁鐵的位置。近年來(lái)出現(xiàn)了一些該方式的產(chǎn)品，例如日本1994年 4

24、月公布的專利中，就有關(guān)于該方式配置方案的內(nèi)容。隨著稀土材料的普及，該方式將會(huì)被更多的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。(3)感應(yīng)斥力方式：此種控制方式利用了磁鐵或勵(lì)磁線圈和短路線圈之間的斥力，簡(jiǎn)稱感應(yīng)斥力方式。為了得到斥力，勵(lì)磁線圈和短路線圈之間必須有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。這種方式主要應(yīng)用于超導(dǎo)磁懸浮列車的懸浮裝置上。但是，在低速時(shí)由于得不到足夠的懸浮力，在低速或停止時(shí)需要有車輪來(lái)支撐車身。從原理上而言，該方式很少被應(yīng)用于低速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)?？刂品绞椒诸惸壳?，磁懸浮控制應(yīng)用技術(shù)分為數(shù)字控制方式和模擬控制方式。隨著近年來(lái)現(xiàn)代控制理論的日趨成熟，同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的飛躍提高，數(shù)字式控制方式得到越來(lái)越多的應(yīng)用。與數(shù)字式控制相比，

25、由于模擬式的控制部分為硬件構(gòu)成，容易被技術(shù)人員理解、掌握和調(diào)試，并且相對(duì)價(jià)格比較低。容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化、系列化，從而在產(chǎn)業(yè)界得到了廣泛的應(yīng)用。目前的磁懸浮軸承產(chǎn)品大多數(shù)為模擬式控制。但是，模擬運(yùn)算電路一旦制板，則無(wú)法再做根本性修正，缺乏軟件的靈活性，同時(shí)也無(wú)法發(fā)揮現(xiàn)代控制理論中系統(tǒng)等理論的強(qiáng)大威力。1.2磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用及展望目前，磁懸浮技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用主要集中在磁懸浮列車和磁懸浮軸承兩方面：(1)磁懸浮列車：20 世紀(jì) 60 年代，世界上出現(xiàn)了 3 個(gè)載人的氣墊車試驗(yàn)系統(tǒng)，它是最早對(duì)磁懸浮列車進(jìn)行研究的系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是固體電子學(xué)的出現(xiàn)，使原來(lái)十分龐大的控制設(shè)備變得十分輕巧，這就給磁懸

26、浮列車技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。 1969 年，德國(guó)牽引機(jī)車公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車模型，以后命名為 TR01 型，該車在 1km 軌道上的時(shí)速達(dá)165km，這是磁懸浮列車發(fā)展的第一個(gè)里程碑。在制造磁懸浮列車的角逐中，日本和德國(guó)是兩大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。1994年 2 月 24 日，日本的電動(dòng)懸浮式磁懸浮列車， 在宮崎一段 74km 長(zhǎng)的試驗(yàn)線上，創(chuàng)造了時(shí)速 431km 的日本最高紀(jì)錄。 1999 年 4 月，日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車在試驗(yàn)線上達(dá)到時(shí)速 552km。德國(guó)經(jīng)過(guò)近 20 年的努力，技術(shù)上已趨于成熟，已具有建造運(yùn)用的水平。原計(jì)劃在漢堡和柏林之間修建第一條時(shí)速為400km 的磁懸浮鐵路，總長(zhǎng)

27、度為 248km，預(yù)計(jì) 2003 年正式投入營(yíng)運(yùn)。 但由于資金計(jì)劃問(wèn)題，2002 年宣布停止了這一計(jì)劃。我國(guó)對(duì)磁懸浮列車的研究工作起步較晚， 1989 年 3 月，國(guó)防科技大學(xué)研制出我國(guó)第一臺(tái)磁懸浮試驗(yàn)樣車。 1995 年，我國(guó)第一條磁懸浮列車實(shí)驗(yàn)線在西南交通大學(xué)建成，并且成功進(jìn)行了穩(wěn)定懸浮、導(dǎo)向、驅(qū)動(dòng)控制和載人等時(shí)速為300km 的試驗(yàn)。西南交通大學(xué)這條試驗(yàn)線的建成，標(biāo)志我國(guó)已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車的技術(shù)。 然而，2001 年 3 月上海 13.8km 的磁懸浮列車開(kāi)始營(yíng)運(yùn)， 標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第一個(gè)具有磁懸浮運(yùn)營(yíng)鐵路的國(guó)家。(2)磁懸浮軸承磁懸浮軸承工業(yè)應(yīng)用磁軸承主要應(yīng)用對(duì)象有低軌道地球

28、衛(wèi)星和航天器中的超真空泵、中子粉碎機(jī)、衛(wèi)星慣性飛輪和能量存儲(chǔ)飛輪、姿態(tài)控制飛輪、火箭引擎透平泵、制冷透平泵、環(huán)狀懸浮定位系統(tǒng)以及反射鏡的驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置等。隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)加工精度要求的不斷提高以及機(jī)床轉(zhuǎn)速的增加，傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承和靜壓軸承均已明顯地不能滿足對(duì)支承的要求，其中尤以噪聲、振動(dòng)、發(fā)熱及使用壽命的問(wèn)題更為突出。另外，在傳統(tǒng)的軸承中，供油系統(tǒng)是必不可少的。這不僅使結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜，同時(shí)又產(chǎn)生了諸如污染等問(wèn)題?？尚业氖巧鲜鰡?wèn)題在采用了磁軸承以后，均能獲得圓滿解決。法國(guó)的 S2M 公司在數(shù)百臺(tái)機(jī)床上成功地應(yīng)用了磁軸承，包括各種高精度車床、銑床和磨床，而磨床方面的應(yīng)用尤為突出。在一般工業(yè)生產(chǎn)中第一個(gè)裝有

29、磁軸承的是德國(guó) Leybol-Heraeus 公司發(fā)明的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空泵，其額定轉(zhuǎn)速達(dá) 30,000rmin，工作氣隙直徑 90mm，轉(zhuǎn)子重 7kg，高真空、高轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)壽命。在輕工業(yè)中，磁軸承主要應(yīng)用于渦輪分子真空泵、離心機(jī)液態(tài)泵、紡織機(jī)主軸、小型低溫壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)光學(xué)境主軸、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極射線管、中子分選器等。法國(guó)研制成功一臺(tái)冶金實(shí)驗(yàn)用的小型超高速離心機(jī)，其軸承系統(tǒng)研制成功第一臺(tái)大型核能用部件，即 MALVE 實(shí)驗(yàn)循環(huán)器，其轉(zhuǎn)子重 2 噸，功率 400kw，外伸推進(jìn)器直徑 1.25m。由于磁軸承具有獨(dú)特的優(yōu)良性能，在能源工業(yè)中，特別是核能技術(shù)的研究中，它將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。此外，磁軸承在航海技術(shù)

30、、紡織技術(shù)、醫(yī)療器械、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、噴氣機(jī)、電度表、機(jī)器人技術(shù)、振動(dòng)控制等方面都得到了應(yīng)用。磁懸浮軸承國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況磁軸承的發(fā)展與研究一直受到國(guó)內(nèi)外工業(yè)界的廣泛關(guān)注。自 1988 年起，國(guó)際上每?jī)赡昱e行一屆磁軸承國(guó)際會(huì)議，交流和研討該領(lǐng)域的最新研究成果。目前較為活躍并處于領(lǐng)先地位的主要有瑞士聯(lián)邦工學(xué)院(ETH) ，美國(guó) Maryland 大學(xué)和Virginia 大學(xué)、日本東京大學(xué)和英國(guó) Sussex大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，以及法國(guó) S2M、瑞士 IBAG 、英國(guó) Glacier、美國(guó) Avcon、MTI 、Satcon 等生產(chǎn)廠家。磁軸承在國(guó)外有較長(zhǎng)的研究歷史， 目前已進(jìn)入應(yīng)用階段： 1969 年，

31、法國(guó)軍部實(shí)驗(yàn)室 (LRBN) 開(kāi)始磁懸浮軸承研究， 1972 年將第一個(gè)磁懸浮軸承應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)向器飛輪支承上；美國(guó)在 1983 年 11 月搭載于航天飛機(jī)的歐洲空間實(shí)驗(yàn)艙采用了磁懸浮軸承真空泵； 1995 年，日本精工精機(jī)公司在意大利國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上展出了采用了磁軸承主軸的機(jī)械加工中心 MV-40B 。法國(guó) SEP 公司的磁懸浮軸承產(chǎn)品，轉(zhuǎn)速范圍溫度范圍 -253 450。美國(guó) Federal-Mogul 公司生產(chǎn)的磁軸承轉(zhuǎn)速在 400前國(guó)外的應(yīng)用狀況來(lái)看，在高速旋轉(zhuǎn)和高精度的應(yīng)用場(chǎng)合，磁軸承具有極大的優(yōu)越性，并已逐漸成為應(yīng)用的主流。我國(guó)對(duì)磁軸承的研究起步于80 年代，國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、

32、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)等均開(kāi)展了相應(yīng)的研究。1994 年，清華大學(xué)機(jī)電與控制實(shí)驗(yàn)室研制成功臥式五自由度磁軸承系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速高達(dá)53,200rmin，1997 年成功進(jìn)行了內(nèi)圓磨削實(shí)驗(yàn)， 1999 年實(shí)現(xiàn)了數(shù)控，轉(zhuǎn)速高達(dá) 50,000rmin，回轉(zhuǎn)精度 l m。 1996 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功數(shù)控機(jī)床用高剛度磁力軸承主軸，主軸轉(zhuǎn)速 20,000rmin，磨頭端部剛度 20Nm，軸承處徑向靜剛度 169Nm，主軸運(yùn)動(dòng)誤差小于 25m，目前，正致力于磁軸承衛(wèi)星飛輪應(yīng)用技術(shù)的研究。同時(shí)，西安交通大學(xué)研制成功用于渦輪膨脹機(jī)的磁軸承系統(tǒng)。但到目前為止，開(kāi)發(fā)的多數(shù)產(chǎn)品還處于實(shí)驗(yàn)室階段，而且

33、在承載剛度和承載能力方面距離大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離。國(guó)外磁軸承的價(jià)格十分昂貴，而且處于技術(shù)上保密的原因，不對(duì)國(guó)內(nèi)進(jìn)行小批量磁軸承的出售。磁軸承能否產(chǎn)業(yè)化，其發(fā)展速度和水平關(guān)系著民族工業(yè)的前途，其市場(chǎng)潛力也非常巨大。2 磁懸浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.1系統(tǒng)組成本設(shè)計(jì)所使用的磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)，是由固高科技有限公司所生產(chǎn)的磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置GML1001 。此磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置由LED 光源、電磁鐵、光電傳感器、功放模塊、模擬量控制模塊、數(shù)據(jù)采集卡和被控對(duì)象(鋼球 )等元器件組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)控制效果直觀明了，極富有趣味性。它是一個(gè)典型的吸浮式懸浮系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以分為磁懸浮實(shí)驗(yàn)本體、電控箱及由數(shù)據(jù)采集卡和普通P

34、C機(jī)組成的控制平臺(tái)等三大部分。系統(tǒng)組成主要由所需設(shè)計(jì)的PID 控制器，以電磁鐵為執(zhí)行器，小球位置傳感器和被控對(duì)象鋼球組成，系統(tǒng)框圖如圖1 所示?？刂平o定值偏差信號(hào)控制量被控對(duì)象被控參數(shù)+PID控制器執(zhí)行器（過(guò)程）-測(cè)量值傳感器圖 1磁懸浮控制系統(tǒng)框圖2.2磁懸浮實(shí)驗(yàn)本體電磁鐵繞組中通以一定的電流或者加上一定的電壓會(huì)產(chǎn)生電磁力，控制電磁鐵繞組中的電流或者繞組兩端的電壓，使之產(chǎn)生的電磁力與鋼球的重量相平衡，鋼球就可以懸浮在空中而處于平衡狀態(tài)。但是這種平衡狀態(tài)是一種不穩(wěn)定平衡。此系統(tǒng)是一開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)。主要有以下幾個(gè)部分組成：箱體、電磁鐵、傳感器、激光發(fā)生器、懸浮體。磁懸浮實(shí)驗(yàn)本體見(jiàn)圖2圖 2磁懸浮

35、實(shí)驗(yàn)本體2.3磁懸浮實(shí)驗(yàn)電控箱電控箱內(nèi)安裝有如下主要部件：直流線性電源、傳感器后處理模塊、電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊、空氣開(kāi)關(guān)、接觸器、開(kāi)關(guān)、指示燈等電氣元件。磁懸浮實(shí)驗(yàn)電控箱見(jiàn)圖 3。圖 3磁懸浮實(shí)驗(yàn)電控箱2.4磁懸浮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與 IBM PCAT 機(jī)兼容的 PC 機(jī)，帶 PCI 總線插槽， PCI1711 數(shù)據(jù)采集卡及其驅(qū)動(dòng)程序演示實(shí)驗(yàn)軟件。磁懸浮系統(tǒng)是一個(gè)典型的非線性開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)。電磁鐵繞組中通以一定的電流或者加上一定的電壓會(huì)產(chǎn)生電磁力，控制電磁鐵繞組中的電流或電壓，使之產(chǎn)生的電磁力與鋼球的重力相平衡，鋼球就可以懸浮在空中而處于平衡狀態(tài)。但是這種平衡狀態(tài)是一種開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定的平衡，這是由于電磁鐵與鋼球之

36、間的電磁力大小與它們之間的距離的平方成反比，只要平衡狀態(tài)稍微受到擾動(dòng)（如：加在電磁鐵線圈上的電壓產(chǎn)生脈動(dòng)、周圍的震動(dòng)等），就會(huì)導(dǎo)致鋼球掉下來(lái)或被電磁鐵吸住，不能穩(wěn)定懸浮，因此必須對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。由LED 光源和傳感器組成的測(cè)量裝置檢測(cè)鋼球與電磁鐵之間的距離變化，當(dāng)鋼球受到擾動(dòng)下降，鋼球與電磁鐵之間的距離增大，傳感器感受到光強(qiáng)的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變化信號(hào)，經(jīng)（數(shù)字或模擬）控制器調(diào)節(jié)、功率放大器放大處理后，使電磁鐵控制繞組中的控制電流相應(yīng)增大，電磁力增大，鋼球被吸回平衡位置。3 磁懸浮系統(tǒng)的建模3.1磁懸浮系統(tǒng)的工作原理磁懸浮控制系統(tǒng)由鐵心、線圈、光位移傳感器、控制器、功率放大器和被控對(duì)象 (鋼

37、球 )等元器件組成。它是一個(gè)典型的吸浮式懸浮系統(tǒng)。系統(tǒng)開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)如圖4所示。電磁鐵UF傳感器x激光發(fā)生器mg圖 4系統(tǒng)開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)圖電磁鐵繞組中通以一定的電流會(huì)產(chǎn)生電磁力，控制電磁鐵繞組中的電流，使之產(chǎn)生的電磁力與鋼球的重力相平衡，鋼球就可以懸浮于空中而處于平衡狀態(tài)。但是這種平衡是一種不穩(wěn)定平衡，這是由于電磁鐵與鋼球之間的電磁力的大小與它們之間的距離成反比，只要平衡狀態(tài)稍微受到擾動(dòng)( 如：加在電磁鐵線圈上的電壓產(chǎn)生脈動(dòng)、周圍的振動(dòng)、風(fēng)等) ，就會(huì)導(dǎo)致鋼球掉下來(lái)或被電磁鐵吸住，因此必須對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。由電渦流位移傳感器檢測(cè)鋼球與電磁鐵之間的距離變化，當(dāng)鋼球受到擾動(dòng)下降，鋼球與電磁鐵之間的距離增大，

38、傳感器輸出電壓增大，經(jīng)控制器計(jì)算、功率放大器放大處理后，使電磁鐵繞組中的控制電流相應(yīng)增大，電磁力增大，鋼球被吸回平衡位置，反之亦然。3.2控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方程忽略小球受到的其他干擾力，則受控對(duì)象小球在此系統(tǒng)中只受電磁吸力和自身的重力。球在豎直方向的動(dòng)力學(xué)方程可以用式 (1)來(lái)描述：(1)式(1)中為磁極到小球的氣隙，單位為；為小球的質(zhì)量，單位為；為電磁吸力，單位為；為重力加速度，單位為。3.3系統(tǒng)的電磁模型由磁路的基爾霍夫定律、畢奧-薩伐爾定律和能量守恒定律有：Wm (i , x)(0 AN 2 i 2)0 AN2i2x(2(2)F (i , x)x2)xx式(2)中為空氣磁導(dǎo)率，；為鐵芯的極面

39、積，單位為；為電磁鐵線圈匝數(shù)；為小球質(zhì)心到電磁鐵磁極表面的瞬時(shí)氣隙，單位為；為電磁鐵繞組中的瞬時(shí)電流，單位為 A。由于式 (2)中、均為常數(shù)，故可定義一常系數(shù)：(3)則電磁力可改寫為：(4)3.4電磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型電磁鐵繞組上的瞬時(shí)電感與氣隙間的關(guān)系如圖5 所示：LL1L0L0L12L1Xa圖 5電磁鐵電感特性電磁鐵通電后所產(chǎn)生的電感與小球到磁極面積的氣隙有如下關(guān)系：(5)由式 (5)可知：(6)又因?yàn)?，所以有?7)根據(jù)基爾霍夫電壓定律有：dm (t )d L (x) gi (t )Ri(t) L1di (t )U (t) Ri(t)dtRi (t )(8)dtdt式(8)中、分別為線圈自身的

40、電感和平衡點(diǎn)處的電感，單位為；為小球到磁極面積的氣隙，單位為；為電磁鐵中通過(guò)的瞬時(shí)電流，單位為；為電磁鐵的等效電阻，單位為。當(dāng)小球處于平衡狀態(tài)時(shí)，其加速度為零，即所受合力為零，小球的重力等于小球受到的向上的電磁吸引力，即：(9)3.5磁懸浮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型綜上所述，描述磁懸浮系統(tǒng)的方程可完全由下面方程(10)確定。m d 2 xmg F (i , x)dt 2d i (t )U (t ) Ri(t )L1K ( idt(10)F (i , x) 2xi 02mgF (i0 , x0 )K ()對(duì)電、力學(xué)關(guān)聯(lián)方程線性化后，設(shè)系統(tǒng)得狀態(tài)變量為，則系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：010x10x132ki0X2ki00

41、x20U(11)x23mx02mx0x31x3RL100L1轉(zhuǎn)化成傳遞函數(shù)形式：G(s)C( sI A) 1 B Ds3k3 / L1(12)k3 s2k1s k1 k3其中：，(13)式中為小球平衡位置，為平衡電流。本系統(tǒng)實(shí)際模型如表1 所示：表 1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)表參數(shù)值4 PID控制器的設(shè)計(jì)4.1控制方案控制系統(tǒng)是主動(dòng)磁懸浮系統(tǒng)中很重要的一環(huán)，控制系統(tǒng)的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能，包括穩(wěn)定性、動(dòng)剛度、抗干擾能力等?？刂葡到y(tǒng)選用不同的控制器方案，其數(shù)學(xué)模型是不同的。控制器方案主要有電流控制和電壓控制兩種方式。電流控制器如果磁懸浮控制系統(tǒng)采用電流控制器，功率放大器輸出的是電流。由式(14)可

42、知， 在無(wú)外力作用下， 經(jīng)拉普拉斯變換，得在電流控制方式下的系統(tǒng)傳遞函數(shù)如式 (15)：(15)根據(jù)控制理論的勞斯穩(wěn)定性判據(jù)：系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件是傳遞函數(shù)分母中的各項(xiàng)系數(shù)必須大于零。式 (15)缺少一次項(xiàng)（或一次項(xiàng)系數(shù)等于零） ，由此可以得出如下兩個(gè)推論：采用電流放大器的磁懸浮系統(tǒng)如果不施加控制，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的；采用電流放大器的磁懸浮控制系統(tǒng)必須包含一次項(xiàng)，即控制系統(tǒng)必須含有微分控制環(huán)節(jié)。電壓控制器如果磁懸浮控制系統(tǒng)采用電壓放大器，功率放大器輸出的是電壓。將式(7)中的電流由電壓表示代入式 (13)中，在無(wú)外力作用下，即，經(jīng)拉普拉斯變換，可得電壓控制方式下的系統(tǒng)傳遞函數(shù)：G(s)ki / mL

43、1(16)Rs2/ L1 k xs / m Rkx / mL1s3很顯然，如果不加控制，系統(tǒng)有可能滿足勞斯穩(wěn)定性判據(jù)的必要條件，但不是充分條件。由此可以得出如下推論：采用電壓放大器的磁懸浮系統(tǒng)不施加控制，系統(tǒng)也有可能穩(wěn)定。這也是無(wú)源磁懸浮系統(tǒng)能夠應(yīng)用的原理依據(jù)。方案的確定綜上所述，對(duì)于磁懸浮控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用電流控制器或電壓控制器其數(shù)學(xué)模型是不同的。因此，在設(shè)計(jì)中，面臨兩種控制器的選擇問(wèn)題。根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型及參考文獻(xiàn)得知，兩種控制方案有如下的特點(diǎn)：電流控制特點(diǎn)：(1)傳遞函數(shù)階次低、控制算法描述簡(jiǎn)單，可滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合；(2)易實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的 PD 或 PID 控制。電壓控制特點(diǎn)：(1)傳遞函數(shù)階次高、裝置的模型更為精確，因而魯棒性更好；(2)開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性較弱；(3)剛度較低，易于實(shí)現(xiàn)；(4)電壓放大器比電流放大器更易實(shí)現(xiàn)。綜合考慮它們的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于大多數(shù)小型系統(tǒng)而言，電流控制是可以滿足的，特別是當(dāng)功率放大器的峰值輸出電壓成倍地高出工作點(diǎn)電壓時(shí)，允許忽略放大器中電流控制回路的動(dòng)力學(xué)影響。本設(shè)計(jì)為了得到比較精確些的數(shù)學(xué)模型，易于實(shí)現(xiàn)電壓功率放大器，方便快速原型建模，就采用電壓控制方式對(duì)磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此，設(shè)系統(tǒng)參數(shù)如下：為，為，為，為，為，。根據(jù)電壓控制方案下的系統(tǒng)模型，