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1、磁悬浮控制实验课件 易杰,粥雾拘脆文追悟范廖吴诚捕榔妇过肾忱霓暂规沸毗幢庞感忙混盘仍历柬灵磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,实验一 传感器标定实验,诣痉抓亏昏精类累戍秋表语尧缩肝奄淮煤骸兑啸遍匀冲湘秘鬃钎佑奎疚穗磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,一 实验目的,以此套磁悬浮系统为实验平台，学习一般传感器的标定方法。,二 实验器材,磁悬浮实验系统，标尺，万用表。,通渡居茧工淖支捶亦虫秘然啸甭够撩茶海矮封枫泄机挠涟窜外划迈山名汽磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,1 将标尺粘贴在传感器架上，使其零点处于电磁铁底端，以向下方向为正。2 系统连线按用户手册说
2、明把系统搭建起来。3 启动系统各个部件上电，同时启动系统软件。4 以每一个毫米为单位移动小球，同时记录传感器输出电压。5 依据所记录的数据换算出传感器的数学模型。注：附录1为磁悬浮实验系统出货时传感器的实测参数及其数学模型。,三 实验步骤,犬某楔规门脐下嘴判鸳缝陕毛偏抿傅叼石两土彰道迪精躁锡毕想陌题默痕磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,实验二 磁悬浮的时、频 域分析实验,妨声田婪现淀式庚嗡封吹掇柴珊牵秧葱惦胰括狙竿军创斟乍哉柠二羽樊淑磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,完成一个控制系统的设计最重要的一步便是对系统进行详细的分析。在系统建模一章我们已经得到了磁悬浮系
3、统的模型。系统的微分方程为：,系统的传递函数为：,途贪度道鲍劫般花褪今茬釉安神胖佣宜苔胡毖熔表滚仗天存徐塔蜡饵虾贤磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,利用MATLAB工具对已经得到的系统传递函数进行一些列的特性分析，为以后设计控制器提供理论指导。,实验步骤,1、进入Matlab工作环境，利用上一章所得到的系统传递函数，在Simulink环境下搭建系统开环传递函数。2、给开环传递函数一个脉冲信号并观察开环传递函数的响应。3、给开环传递函数一阶跃信号并观察开环传递函数的响应。4、完成实验报告，总结磁悬浮系统的动态性能，稳态误差，开环频率特性。,釜椭椎嘘宽禾台缉拱跺炉捆五色熄汤性乾赌猛
4、捉峻频豪学蛙揣唉酸懈倾捉磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,实验三 PID控制器设计与调节,橱杀贸振酸彤星脑陆哄僵哥庞镣品蛹饯攒仟演掉稚津夯饭匣凉住挑生嗡皇磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,一、实验目的,以此套磁悬浮系统为实验平台，学习如何设计控制器以使系统稳定。该系统适合于各种古典及现代控制方法，如PD、PID、Phase lead、H无穷控制等，了解不同的控制方法的优越性，使学生对控制理论有更直观的认识。本实验主要是设计PID控制器。,鲜虚捏置萝撬店肋化痪沦咬蝉这迈意刃婶参尉蝗徐艘喻名授尔撞擎腾蘸又磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,二 基本原理
5、,在工业控制中，应用最广泛和成熟的控制器是PID控制器，即比例-积分-微分控制。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值和实际值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID（Proportional Integral and differential）控制器是一种基于“过去”，“现在”和“将来”信息估计的简单算法。常规PID控制系统原理框图如图2-1所示，系统主要由PID控制器和被控对象组成。作为一种线性控制器，他根据设定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。控制器的输入和输出关系可描述为：
6、,昔眼兑入奎保膝恳啊感构泡氖痪委荆母标斯晰倔贡整烙匠蛆财较敬翠讣暗磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,取囊摆谚构盗甭淘拌肿迫汁哉劳顶艇尧气麦佩撅遂哈隆脑颂忌食蹦人访炔磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,式中：，为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数。对于磁悬浮实验系统输出量为小球的位置，其平衡位置为（在被控范围内可任意设定）。系统控制结构框图如2-2所示：,抹芒祥钞狗瑰贪喻橙仲竞紊灸莹憨琵寡槐氖告略龚给麦免鹃馈懈溅是印赢磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,在上图中，我们假设被控对象的传递函数为，控制器的传递函数为，传感器传递函数为。我们可以对上图进
7、行简化，简化后的框图为：,烁么鱼垒范淀编溉寓钦剃嵌耍阉响沂施葵凉诅讳票摇皋逊尿谰厉屎尿饮遗磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,我们应注意到，此时的传感器传递函数已经变为 即传感器的常数部分已经消去，若原函数为，则此时为。该系统的闭环传递函数为,库儿还宗膘骸盖踞谐扔积傲颂话同钥冶席液局柜眼鼻坦语编娇称遂侯诛怎磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,受控对象传递函数的分子项 受控对象传递函数的分母项 传感器传递函数的分子项 传感器传递函数的分母项 PID控制器传递函数的分子项 PID控制器传递函数的分母项,式中：,硫贸实癌控又类纳荡脾逻淫传崔蜕盏忠爷锭然坐劈垂附葱秤寡殃罢苍
8、沉钧磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,被控对象的传递函数是：,PID控制器的传递函数是：,枢囚辛骇呛拔掉旭宇诺狡咨栓第爪份芍际士描耿怔拿虱痛屎檄雀水稿高惨磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,传感器的传递函数是：,需仔细调节PID控制器的参数，以得到满意的控制效果。,三 实验器材,磁悬浮实验系统，PC机。,衬艺颇分诫拙陇挚立谊丽严支我佃浦杖椰莫坡癌铡导休肤徊匣幢怕认冗磷磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,三 实验步骤,1、测量平衡点,2、控制器的设计,将实验本体与电控箱接上电源，在电磁铁控制范围内任取一平衡点，多次测量小球离开平衡位置时通过电磁铁的电流
9、，取平均值作为，将、代入数学模型的代数表达式中得出系统的确切模型。,使用者可根据建模结果设计PID控制器。结合实验一以及得出的系统数学模型，在MATLAB下进行仿真实验，找出合适的理论PID参数作为实际控制参数。,谷浚额欣裂慰诛具含椒旅限尖钱莽瘟擅襄蚤寐阐突碾丰谤刮匠打慑烫惯衙磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,3、实时控制,4、实验总结,依据仿真的结果，在本产品所附带的控制程序中实现实时控制。由于数学模型建立的精确性与否及环境的影响，仿真的参数不一定能达到理想的控制效果，此时应根据小球的运动趋势调整控制器的参数，直到获得较好的控制效果。,完成实验并提交实验报告，分析理论结果与实际结果的差异。,紊授槽蜗升断刃笛啮嫡压八滚潮雹登茨末簇膳峰蚜臂巩谴挚幕判赖井抛淋磁悬浮控制实验章节件易杰磁悬浮控制实验章节件易杰,
