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* * 磁悬浮控制实验课件 易杰  实验一 传感器标定实验 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。 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 实验二 磁悬浮的时、频 域分析实验 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统的模型。 系统的微分方程为： 系统的传递函数为： 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。 实验三 PID控制器设计与调节 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。 二 基本原理 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： 比例 积分 微分 被控对象 + - + + 图2-1 PID控制系统原理图 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： 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 。 我们可以对上图进行简化，简化后的框图为： 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