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毕业设计 磁悬浮列车毕业设计

编号:10-22474 | doc 格式 | 2.48M | 60 页
磁悬浮列车毕业设计

全文60页 约20000字 设计科学 论述翔实

摘 要
文中先简要地介绍了磁悬浮转台的实验装置,然后推导了轴向和径向磁轴承的电磁力计算公式,并据此得出磁悬浮轴承的轴向单自由度传递函数和径向四自由度系统状态方程,完成了磁悬浮轴承的数学建模。
介绍硬件电路的组成,测量电路,功放电路,控制电路,保护电路等的设计
通过对其结构进行了分析和研究,决定在轴向采用PID控制,讨论了PID调节器中各参数对控制系统性能的影响;在径向四自由度磁轴承系统状态方程基础上,根据现代控制理论,进一步用最优控制理论中线性二次型方法,设计了适合磁轴承系统的最优输出反馈数字控制器和基于降维观测器的状态反馈数字控制器,并用MATLAB进行了系统仿真,得出磁轴承在性能方面的仿真曲线。

关键词 磁悬浮轴承; PID控制;线性状态反馈;降维观测器;最优控制理论

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
目录
摘 要 I
Abstract II

第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 磁悬浮轴承简介 1
1.3 磁悬浮的发展史与国内外研究现状 2
1.4 磁悬浮轴承的发展趋势与面临的问题 4
1.5 论文的主要研究内容 5
1.6 本章小结 5
第2章 磁悬浮转台的结构 6
2.1 系统的总体结构 6
2.2 电涡流传感器 7
2.2.1 概述 8
2.2.2 工作原理 8
2.2.3 安装技术 9
2.3 本章小结 9
第3章 磁悬浮系统硬件设计研究 10
3.1 硬件电路的组成 10
3.2 位移测量电路 10
3.3 功率放大电路研究 11
3.3.1 功率放大器的分类 12
3.3.2 磁悬浮转台系统对功放的要求 12
3.3.3 功率放大电路的设计 12
3.4 内环控制电路设计 14
3.5 保护电路设计 15
3.6 本章小结 16
第4章 磁悬浮转台系统建模 17
4.1 磁悬浮轴承的控制原理 17
4.2 磁悬浮轴承的数学建模 17
4.2.1 基本磁悬浮轴承的单自由度数学模型 17
4.2.2 径向磁轴承的数学模型 20
4.2.3 轴向磁悬浮轴承的数学模型 24
4.3 本章小结 24
第5章 磁悬浮转台控制方法研究与仿真 25
5.1 PID控制方法研究 25
5.1.1 标准PID算法 25
5.1.2 数字PID控制算法 26
5.1.3 改进数字PID控制算法 27
5.1.4 系统中PID控制参数整定 27
5.2 最优控制方法研究 30
5.2.1 最优控制状态反馈矩阵K的设计 31
5.2.2 降维状态观测器的设计 31
5.3 用MATLAB进行系统的仿真 33
5.3.1 轴向仿真 34
5.3.2 径向仿真 35
5.4 本章小结 39

结论 40
致谢 41
参考文献 42
附录1 43
附录2 52

部分参考文献

7 唐钟麟,冯志华,黄晓蔚. 电磁轴承转子系统分析方法.机械工程学报,1999,35(2):97- 100
8 祁庆中,赵鸿宾. 电磁轴承控制系统的研究与探讨.应用科学学报,1997, 15(2):179-185
9 黄飞. 主动磁悬浮轴承系统控制器的设计与模拟调试研究.南京航空航天大学硕士论文,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
  
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