磁悬浮系统课件

一、概述一、概述n1.磁悬浮系统简介磁悬浮系统简介 磁悬浮球控制系统是研究磁悬浮技术的平台，它是一个典型的吸浮式悬浮系统。一、概述一、概述1.磁悬浮系统简介磁悬浮系统简介n2.磁悬浮技术的应用领域磁悬浮技术的应用领域1)磁悬浮列车2)磁悬浮轴承3)高速磁悬浮电机4)磁悬浮的其他应用领域风洞磁悬浮系统、磁悬浮隔振系统、磁悬浮熔炼2.磁悬浮技术的应用领域磁悬浮技术的应用领域n3.系统组成系统组成 磁悬浮实验装置主要由LED 光源、电磁铁、光电位置传感器、电源、放大及补偿装置、数据采集卡和控制对象(钢球)等元件组成。它是一个典型的吸浮式悬浮系统。系统组成框图见下图。3.系统组成系统组成二、系统建模二、系统建模n1.微分方程的推导微分方程的推导(1)控制对象的动力学方程二、系统建模二、系统建模1.微分方程的推导微分方程的推导(1)控制对象的动力学方程控制对象的动力学方程(2)系统的电磁力模型电磁力可改写为：可知电磁吸力F(i,x)与气隙x是非线性的反比关系(2)系统的电磁力模型电磁力可改写为：可知电磁吸力系统的电磁力模型电磁力可改写为：可知电磁吸力F(i(3)电磁铁中控制电压和电流的模型由电磁感应定律及电路的基尔霍夫定律可知L 小球没处于电磁场中时的静态电感；L 0小球处于电磁场中时线圈中增加的电感（即气隙为零时所增加的电感）；a 磁极附近一点到磁极表面的气隙；则电磁铁绕组中的电压与电流的关系可表示如下：(3)电磁铁中控制电压和电流的模型由电磁感应定律及电路的基尔电磁铁中控制电压和电流的模型由电磁感应定律及电路的基尔(4)系统平衡的边界条件 小球处于平衡状态时，其加速度为零，由牛顿第二定律可知小球此时所受合力为零。小球受到向上的电磁力与小球自身的重力相等，即：(4)系统平衡的边界条件系统平衡的边界条件 小球处于平衡状态时，其加速小球处于平衡状态时，其加速(5)系统方程的描述(5)系统方程的描述系统方程的描述(6)系统控制模型的建立定义系统对象的输入量为功率放大器的输入电压也即控制电压 U in，系统对象输出量为x 所反映出来的输出电压为U out(传感器后处理电路输出电压)，则该系统控制对象的模型可写为：(6)系统控制模型的建立定义系统对象的输入量为功率放大器的输系统控制模型的建立定义系统对象的输入量为功率放大器的输有开环系统的特征方程为：As2 B=0有开环系统的特征方程为：有开环系统的特征方程为：As2 B=0n2.系统物理参数系统物理参数2.系统物理参数系统物理参数磁悬浮系统课件磁悬浮系统课件三、仿真及实验三、仿真及实验 n1.根轨迹分析根轨迹分析给系统施加脉冲扰动，输出量为小球质心和磁极之间的气隙考虑到输入r(s)=0，结构图变换三、仿真及实验三、仿真及实验 1.根轨迹分析给系统施加脉冲扰动，输出量为根轨迹分析给系统施加脉冲扰动，输出量为n2.完成报告内容完成报告内容 （1）对磁悬浮实际系统模型进行可控性分析。（2）根轨迹校正 对于传递函数设计控制器，使得校正后系统的要求如下：调整时间ts=0.2 s(2%)；最大超调量Mp 10%要求得到校正前后的根轨迹仿真图形，并在实际系统上进行验证。2.完成报告内容完成报告内容 （1）对磁悬浮实际系统模型进行可）对磁悬浮实际系统模型进行可