磁悬浮系统文档.pdf

一、磁悬浮系统的特点 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。它是一个典型的吸附式悬浮系统。 磁悬浮系统的特性是本质非线性，不确定性，开环不稳定性。 二、磁悬浮系统的结构和工作原理 Figure. 1 Figure. 2 磁悬浮球控制系统是研究磁悬浮技术的平台。 电磁铁绕组中通以一定的电流会产生电磁力F，只要控制电磁铁绕组中的电流，使之产 生的磁力与钢球的重力mg 相平衡，钢球就可以悬浮在空中而处于平衡状态。为了得到一个 稳定的平衡系统，必须实现闭环控制，使整个系统稳定具有一定的抗干扰能力。本系统中采 用光源和光电位置传感器组成的无接触测量装置检测钢球与电磁铁之间的距离x 的变化，为 了提高控制的效果，还可以检测距离变化的速率。 通过传感器的标定实验，得到传感器的工作曲线方程， y K x 4.5871056x s 传感器的行程为 1m，x 表示小球质心与电磁铁极端面之间的气隙（m ），y 表示输出电 压信号（v ）。 三、磁悬浮系统的数学模型 磁悬浮系统原理图如Figure 3 所示。 电磁铁 驱动电路 O F X DA 光电池 光源 mg 处理电路 AD 电脑 FIGURE. 3 磁悬浮系统原理图 对系统进行线性化处理，得到           F i,x F i ,x F i ,x i i F i ,x x x 0 0 i 0 0 0 x 0 0 0 式中F 是电磁吸引力   F i , x mg 0 0     F i, x F i , x i i , x x i 0 0 0 0 i     F i, x F i , x i i , x x x 0 0 0 0 x 定义K 为 2Ki