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磁悬浮平衡装置的设计与控制算法的研究

胡晋鹏  
【摘要】:磁悬浮平衡装置涉及到机械学、控制理论、数字信号处理等多领域的知识,每个环节都直接影响了磁悬浮平衡装置的性能,它是一个复杂的机、电、磁综合系统。本文结合磁悬浮技术的发展趋势和实际应用背景,对磁悬浮系统的硬件结构、控制算法进行了较深入的分析和研究。详细介绍了磁悬浮平衡装置的组成、工作原理、数学模型,并在此基础上设计了硬件结构、控制器算法,组建了整个控制系统。 首先介绍了磁悬浮平衡装置的组成和工作原理,在此基础上设计控制系统的硬件部分,详细介绍了PID控制器、驱动电路、PWM产生电路、开关功率放大器的设计方法,并给出了设计的原理图。对电路板的测试结果表明电路板的性能可以满足磁悬浮平衡装置的要求。 其次控制器的性能直接影响整个系统的性能,本文将滑模变结构控制算法应用在磁悬浮平衡装置中,其中包括基于反演设计的滑模控制、动态滑模控制和基于积分切换函数的自适应滑模控制,并进行了MATLAB仿真。仿真结果表明,系统由初始状态到稳定悬浮的时间过渡很短,输出信号也可以很好的跟踪输入信号、误差很小,符合系统要求,三种控制算法都能得到较理想的控制效果。 本文对单自由度磁悬浮平衡装置的研究,对磁悬浮技术的广泛应用起着重大的推动作用,故对此磁悬浮平衡装置的研究具有重要意义。


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