磁懸浮列車畢業(yè)設計

全文60頁 約20000字 設計科學 論述翔實

摘 要
文中先簡要地介紹了磁懸浮轉(zhuǎn)臺的實驗裝置,然后推導了軸向和徑向磁軸承的電磁力計算公式,并據(jù)此得出磁懸浮軸承的軸向單自由度傳遞函數(shù)和徑向四自由度系統(tǒng)狀態(tài)方程，完成了磁懸浮軸承的數(shù)學建模。
介紹硬件電路的組成，測量電路，功放電路，控制電路，保護電路等的設計
通過對其結(jié)構(gòu)進行了分析和研究，決定在軸向采用PID控制，討論了PID調(diào)節(jié)器中各參數(shù)對控制系統(tǒng)性能的影響；在徑向四自由度磁軸承系統(tǒng)狀態(tài)方程基礎上,根據(jù)現(xiàn)代控制理論，進一步用最優(yōu)控制理論中線性二次型方法，設計了適合磁軸承系統(tǒng)的最優(yōu)輸出反饋數(shù)字控制器和基于降維觀測器的狀態(tài)反饋數(shù)字控制器，并用MATLAB進行了系統(tǒng)仿真,得出磁軸承在性能方面的仿真曲線。

關(guān)鍵詞 磁懸浮軸承； PID控制；線性狀態(tài)反饋；降維觀測器；最優(yōu)控制理論

Abstract
The experiment equipments of the magnetic floating bearings are introduced first in this paper, and then equations of the axial and radial electromagnetic force is reckoned. The transfer function of a axial single- degree and the state equation of a radial four-degree of the magnetic floating bearing are obtained basing on it .The maths model for the magnetic floating bearing is completed.
The paper introduce the composing of the hardware electric circuit, design of the measuring electric circuit, the power enlarges the electric circuit the, controling electric circuit and the protecting electric circuit etc.
The PID controller is decided in axial by analyzing the structure of the magnetic floating bearing. The influence of the parameter in the controller is discussed. A numeric controller was designed with degrade observer and optimized feedback control. It was proved out with simulink in MATLAB. Step response and impulse response are presented in figures.

Keywords magnetic floating bearing(MFB)；PID controller；degrade observer；linearised state feedback；optimal control theory
目錄
摘 要 I
Abstract II

第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 磁懸浮軸承簡介 1
1.3 磁懸浮的發(fā)展史與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.4 磁懸浮軸承的發(fā)展趨勢與面臨的問題 4
1.5 論文的主要研究內(nèi)容 5
1.6 本章小結(jié) 5
第2章 磁懸浮轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu) 6
2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 6
2.2 電渦流傳感器 7
2.2.1 概述 8
2.2.2 工作原理 8
2.2.3 安裝技術(shù) 9
2.3 本章小結(jié) 9
第3章 磁懸浮系統(tǒng)硬件設計研究 10
3.1 硬件電路的組成 10
3.2 位移測量電路 10
3.3 功率放大電路研究 11
3.3.1 功率放大器的分類 12
3.3.2 磁懸浮轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)對功放的要求 12
3.3.3 功率放大電路的設計 12
3.4 內(nèi)環(huán)控制電路設計 14
3.5 保護電路設計 15
3.6 本章小結(jié) 16
第4章 磁懸浮轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)建模 17
4.1 磁懸浮軸承的控制原理 17
4.2 磁懸浮軸承的數(shù)學建模 17
4.2.1 基本磁懸浮軸承的單自由度數(shù)學模型 17
4.2.2 徑向磁軸承的數(shù)學模型 20
4.2.3 軸向磁懸浮軸承的數(shù)學模型 24
4.3 本章小結(jié) 24
第5章 磁懸浮轉(zhuǎn)臺控制方法研究與仿真 25
5.1 PID控制方法研究 25
5.1.1 標準PID算法 25
5.1.2 數(shù)字PID控制算法 26
5.1.3 改進數(shù)字PID控制算法 27
5.1.4 系統(tǒng)中PID控制參數(shù)整定 27
5.2 最優(yōu)控制方法研究 30
5.2.1 最優(yōu)控制狀態(tài)反饋矩陣K的設計 31
5.2.2 降維狀態(tài)觀測器的設計 31
5.3 用MATLAB進行系統(tǒng)的仿真 33
5.3.1 軸向仿真 34
5.3.2 徑向仿真 35
5.4 本章小結(jié) 39

結(jié)論 40
致謝 41
參考文獻 42
附錄1 43
附錄2 52

部分參考文獻

7 唐鐘麟，馮志華，黃曉蔚. 電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分析方法.機械工程學報，1999,35(2)：97- 100
8 祁慶中，趙鴻賓. 電磁軸承控制系統(tǒng)的研究與探討.應用科學學報，1997, 15(2)：179-185
9 黃飛. 主動磁懸浮軸承系統(tǒng)控制器的設計與模擬調(diào)試研究.南京航空航天大學碩士論文,2003，3：22-26
10 Schweitzer G.., Bleuler H.,Traxler A. Active Magnetic Bearing –Basic, Properties and Application of Active Magnetic Bearing. ETH, Switzerland: Hochschulverlag August 1998：34-38