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2.2.2 软件安装 8
2.3 磁悬浮系统的基本调试 8
3 磁悬浮系统建模 11
3.1 磁悬浮系统的工作原理 11
3.2 控制对象的运动学方程 11
3.3 系统的电磁力模型 12
3.4 电磁系统的数学模型 12
3.5 磁悬浮系统的数学模型 13
4 控制器的设计 15
4.1 经典控制方案 15
4.1.1 电流放大器 15
4.1.2 电压放大器 15
4.2 智能控制器设计 16
4.2.1 智能控制简介 16
4.2.2 磁悬浮的专家控制 17
4.2.3 二次最优控制 18
5 磁悬浮系统MATLAB仿真 19
5.1 磁悬浮系统仿真 19
5.2 参数整定 24
6 磁悬浮系统实时控制 27
结论与展望 28
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
1.1 磁悬浮技术综述
磁悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属的悬浮体。磁悬浮技术是集电磁学、电子学、力学、机械学、控制工程和计算机科学于一体的技术[1]。由于悬浮体和支撑之间没有任何接触，克服了由摩擦带来的能量消耗和速度限制，具有寿命长、能耗低、无污染、无噪声、不受任何速度限制、安全可靠等优点，因此目前世界各国己广泛开展磁悬浮控制系统的研究[1]。随着控制理论的不断完善和发展，采用先进的控制方法对磁悬浮系统进行的控制和设计，使系统具有更好的鲁棒性，以满足工业生产向高精密、高速度方向发展的需要[2]。近年来，磁悬浮技术开始由宇航、军事等领域向一般工业应用方面发展[2]。
1.1.1 磁悬浮技术发展背景
1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念，但因受当时认识水平和技术条件的制约,所以磁悬浮技术就一直没有很大的进步。到了20世纪初,磁悬浮理论的奠基者通过不懈的努力,最先在实验室中创造了人类历史上长期视为神秘的现象——物体在空间自由悬浮。其实真正把电磁悬浮理论应用到实际中是近几十年的事。磁悬浮技术的研究源于德国,早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车实验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车系统模型，以后命名为TR01型，该车在1km轨道上时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统。在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。在此后的三十多年里,世界上许多国家都对磁悬浮列车技术进行过理论和实验研究,尤其是德国和日本从六十年代以来不间断地投入巨大的人力、财力进行磁悬浮列车的研发工作并且取得了举世瞩目的成就[3]。