实验八-控制系统设计及PID调节实验-演示教学

实验八 控制系统设计系统根轨迹校正和仿真实验目的学习利用实验探索研究控制系统的方法；学会控制系统数学模型的建立及仿真；熟悉并掌握控制系统频域特性的分析；采用PID算法设计磁悬浮小球控制系统；了解PID

实验八控制系统设计系统根轨迹校正和仿真 一、 实验目的 1、 学习利用实验探索研究控制系统的方法； 2、 学会控制系统数学模型的建立及仿真； 3、 熟悉并掌握控制系统频域特性的分析； 4、 PID 采用算法设计磁悬浮小球控制系统； 5、 PIDPID; 了解控制规律和、、参数对控制系统性能的影响 6、 Simulink 学会用来构造控制系统模型。 二、 实验设备 （1） 磁悬浮实验装置 （2） 计算机 （3） :Matlab6.5,VC++6.0DeviceManager,PCL1711 软件要求以上版本软件软件，板卡自带 驱动程序，固高磁悬浮实时控制软件。 三、 实验原理 3.1 磁悬浮系统组成 LED 磁悬浮实验装置主要由光源、电磁铁、光电位置传感器、电源、放大及补偿装置、数 7-1 据采集卡和控制对象（钢球）等元件组成。它是一个典型的吸浮式悬浮系统。系统组成见图。 7-17—2 图磁悬浮实验装置系统组成部分图磁悬浮实验系统结构图 F 电磁铁绕组中通过一定的电流会产生电磁力，只要控制电磁铁绕组中的电流，使之产生的 mg. 电磁力与钢球的重力相平衡，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 3.2 实验前连线准备 1,OFF. 、检查磁悬浮本体右侧船型电源开关打到关闭状态 2DigPC 、进行数字量控制实验时，开关打到档，用配套电缆将插在中的数据采集卡和磁悬浮实 . 验本体连接起来 3Ana, 、进行模拟量控制实验时，开头打到档用配套相应电缆将模拟量控制模块和磁悬浮实验本 体连接起来。 33 。磁悬浮系统模型 ,F 忽略小球受到的其它干扰力则受控对象小球在此系统中只受电磁吸力和自身重力 mg 。球在竖直方向的动力学方程可以如下描述： x-—mm——KgF(ix—- 式中：磁极到小球的气隙，单位；小球的质量，单位；，）电磁吸 2 Ng—-m/s 力，单位；重力加速度，单位。 -, 由磁路的基尔霍夫定律、毕奥萨格尔定律和能量守恒定律可得电磁吸力为： —72 μ—-,4πX10H/m;A-—m;N—— 式中：空气磁导率铁芯的极面积，单位电磁铁线圈匝数； 0 x——m;i——, 小球质心到电磁铁磁极表面的瞬时气隙，单位电磁铁绕组中的瞬时电流单位 A 。 根据基尔霍夫定律，线圈上的电路关系如下： L—-,Hi--AR—- 式中：线圈自身的电感单位；电磁铁中通过的瞬时电流，单位；电磁铁的 Ω 等效电阻，单位。 , 当小球处于平衡状态时，其加速度为零即所受合力为零，小球的重力等于小球受到的 向上电磁吸力，即： 综上所述，描述磁悬浮小球系统的方程可完全由下面方程确定： ,: 此磁悬浮系统是一典型的非线性系统，如果我们欲用线性理论来求解此系统得 6 （） 1