磁悬浮盘片系统控制算法的研究

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1、中文摘要磁悬浮系统是一个典型的非线性系统，特别是传感器存在温漂和时漂，系统参数发生变化以及外界存在扰动，振动，电磁干扰等的时候，非线性的特性是不可忽略的，同时它也是一个延迟性系统，其性能的优劣很大程度上取决于控制器的特性。对于传统PID控制器来说，磁悬浮中参数的摄动和外界不确定的干扰等都是棘手的问题；另外PID参数的现场整定的环境决定了在调试程序时将会大大降低它的调试速度和准确性，尤其是利用传统的PID控制算法，比例、积分、微分环节的系数很多的时候是凭经验所得。因此，如何能快速、高效、准确地选定这几个值是本文的主要研究内容之一。针对以上问题，本文以磁悬浮盘片为研究对象，设计改进型的PID控制

2、器及算法，把具有数据检测、采集及可视化操作功能的LabVIEW和强大的数据分析功能MATLAB等辅助工具运用于磁悬浮盘片系统的控制过程中，使整个系统具有数据检测，数据分析，控制三位一体的功能，通过实时的高效的人机互动来使磁悬浮控制系统更快、更高效。本文首先搭建磁悬浮盘片系统实验台，分析实验台的机械部分结构设计，并且对磁悬浮盘片系统模型的控制算法进行推导；然后介绍磁悬浮盘片系统的硬件和软件设计，同时设计积分分离式数字PID控制器，设计的控制器的主要优点在于当整个系统的参数存在的较大的摄动和外界干扰较强时，给系统加入一个积分环节来消除静差，提高控制精度，同时也便于PID参数的在线整定。因此，本文

3、用MATLAB对设计的数字PID控制器进行仿真，分析其控制效果。仿真结果表明：与经典PID控制相比，改进的数字PID控制器使得磁悬浮系统的超调量减少了10％，调节时间也缩短了8％。通过实验来验证以上控制方法的效果，实验结果表明：改进后的数字PID控制器的达到了预期的效果。最后从系统鲁棒性的角度，在武汉理工大学磁悬浮实验平台上，用BK振动仪模拟干扰信号进行抗干扰实验，进一步验证改进后的数字PID控制器的控制效果。BK振动实验的结果表明：采用积分分离式PID控制器使得磁悬浮盘片控制系统把低频干扰信号的的部分能量吸收了，干扰信号幅值变小了3％。一系列的实验都说明改进型的PID控制器及算法使得磁悬浮

4、盘片系统具有更加良好的稳定性和鲁棒性。关键词：磁悬浮盘片，PID控制，MATLAB仿真AbstractThemagneticsuspensionsystemisatypicalnonlinearsystem，speciallywhenthesensorexistswarmfloatingandtimefloating，thesystemparameterschangeaswellastheoutsideexistenceperturbation，thevibration，theelectromagneticinterferenceands0on，themisalignmentcharacte

5、risticisunncgligible，simultaneouslyitisalsoadelaysystem，andthefitorunfitqualitiesofitsperformancearedecidedbycontroller’Scharacteristic．RegardingthetraditionalPIDcontroller,inthemagneticsuspension，theparameterperturbationandtheoutsideindefinitedisturbancearethethornyquestions；MoreoverthePIDparamete

6、r'senvironmenthavededdedsuchconditionsthatwhendebuggingprogramswillreduceitsdebuggingspeedandtheaccuracygreatly,particularlyusingtraditionalPIDcontrolalgorithm，proportion，integral，differentiator’Sdeterminationwillbenearlydependingontheobtainedexperience．Therefore，howcanfast，highlyeffectiveandaccura

7、telydesignatethesevaluesisoneofmainresearchpointsofthisarticle．．Inviewoftheabovequestions，thisarticletakesthemagneticsuspensionplanesheetastheobjectofstudy,usingthecharacteristicoftheLabVIEWvisualizationope