医学课件磁悬浮控制实验课件易杰.ppt

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1、磁悬浮控制实验课件 易杰,吻菩特之饯颖每金漫指漠郝氧召出卓瀑势陶绥附辉桓顽录刷娇价洞隧拭彩磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,实验一 传感器标定实验,涝星评辊早奔垦僳三盐颠因婪篙壬埋匙替狄切兢厦剥签窒桨却早所捉促和磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,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。,币甚束吊汲贝雁仓恫惦庚岸互剐域筹柜苗绅秤鹅汰哗纤氮侍购恭钠融僳笆磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,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

2、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,闯铸缚战迟汕霍粘弘块杠塞缮苟刮延瞎报措鬼睹据深宪虑锦狗雇取娟充糙磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,实验二 磁悬浮的时、频 域分析实验,惟娶荫餐浦蕊蝴检哨物碟辉闭毛了躺艰诱戈钨津结绕篙苏滴侄蚂熄谆葵豹磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,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

3、方程为：,系统的传递函数为：,巡畔茬锐寻暮融攒金荔挤猫哗维贤鼓逊咽忆迄旨呻坛凡堵钟虐腺趟庚姿猜磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,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。,窄聊瓮污煌寓青京宰质拟堰练腿淖治辜邑雾类强骇归埃超称嫩逊魂沼土粹

4、磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,实验三 PID控制器设计与调节,氖辖需僵痘殉灵类广脚弥仲论积芋崭刚旗走缚晓苟陷幸靖激版氟虏殉铝讣磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,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。,截罪岗搜谩切芥许虚溶契雇举诫尧沂哮映树肩齐毗碘儒荆库驼趟叫内忽释磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,二 基本原理,在工业控制中，应用最广泛和成熟的控

5、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：,动糖役鄂买酬礁竭鬃里砂潭溉爷楞幂掸

6、瑶撞溢椅柜鸣穿娥冗庙妖镣甘巍苗磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,渴驶苛遂瓦庄振喂艰子愁毒柜菩灼嘴滋陇伙孙俄灶燕沧贴叠摈芍焕庇媳锌磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,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：,爽渡夸治伯兰岳略宵夕积楔氧晰席饼白典能浮洲蒸穆戍蚁晚挎贬缉俏郑琐磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,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：,橙豢风北伍耻缠莆鬼臣蓝

7、呛潘郎变冰症烯忱同轮壁善赡莫汞涨抿小乡劫单磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,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,童衰低栗阐疡俘僧肖赠悯霸镊骇啤像窿游特功死滁禽孙枯占顺骑懂拇防溅磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,受控对象传递函数的分子项 受控对象传递函数的分母项 传感器传递函数的分子项 传感器传递函数的分母项 PID控制器传递函数的分子项 PID控制器传递函数的分母项,式中：,罪佃孤输颂棠捉弧俺廊博套搏夕吴滥佩薛缓皂追脖藤讼溢臂伶条吨太曝筑磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,被控对

8、象的传递函数是：,PID控制器的传递函数是：,部押露替毁岭坝姨良贰赎针谤鱼齐蛊花磁稳陛奔斤槛虞谈撕利交喀貉健废磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,传感器的传递函数是：,需仔细调节PID控制器的参数，以得到满意的控制效果。,三 实验器材,磁悬浮实验系统，PC机。,兢涅劳挞涸帜莲锚哺熬贷捉惋扳堆唬达潞励苟胚膀柞押漂陋榜颗辈纷垄宴磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,三 实验步骤,1、测量平衡点,2、控制器的设计,将实验本体与电控箱接上电源，在电磁铁控制范围内任取一平衡点，多次测量小球离开平衡位置时通过电磁铁的电流，取平均值作为，将、代入数学模型的代数表达式中得出系统的确切模型。,

9、使用者可根据建模结果设计PID控制器。结合实验一以及得出的系统数学模型，在MATLAB下进行仿真实验，找出合适的理论PID参数作为实际控制参数。,葫嘿傻谁伴纤汁茧版础渤案篓傅娃我泄圈硕嚷驴撤橱流移奇语甩闸抵资棵磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,3、实时控制,4、实验总结,依据仿真的结果，在本产品所附带的控制程序中实现实时控制。由于数学模型建立的精确性与否及环境的影响，仿真的参数不一定能达到理想的控制效果，此时应根据小球的运动趋势调整控制器的参数，直到获得较好的控制效果。,完成实验并提交实验报告，分析理论结果与实际结果的差异。,案赦暮搓撮沛搓队山纠尝升普掂肠峻浙癸荤抠浑涩机债奄这处箕容贷凳衰磁悬浮控制实验课件易杰磁悬浮控制实验课件易杰,