第4章 基于MATLAB的控制系统仿真

kp=1;ki=10;kd=0.11.81.61.41.21y0.80.60.40.20012345t /s678910

(d)Kp?1;Ki?10;Kd?0.1

图4.13 PID中的参数

Ki变化时系统闭环阶跃响应

由图4.13得知，ki越大，系统静差消除越快，但是在系统响应过程的初期，一般偏差比较大，ki过大使系统响应过程出现较大的超调或者引起积分饱和现象。因而ki主要影响系统的稳态精度。

420-2-4-6-8x 1040kp=1,ki=1.3;kd=0.001y012345t /s678910

(a)Kp?1;Ki?1.3;Kd?0.001

kp=1;ki=1.3;kd=0.051.81.61.41.21y0.80.60.40.20012345t /s678910

(b)Kp?1;Ki?1.3;Kd?0.05

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磁悬浮小球的PID控制

kp=1;ki=1.3;kd=0.51.61.41.210.80.60.40.20012345t /s678910y

(c)Kp?1;Ki?1.3;Kd?0.5

kp=1;ki=1.3;kd=13020100-10-20-30y012345t /s678910

(d)Kp?1;Ki?1.3;Kd?1

图4.14 PID中的参数Kd变化时系统闭环阶跃响应

由图4.14得知，微分作用主要是响应系统误差变化速率的，主要是在系统响应过程中当误差向某个方向变化时起制动作用。

结合以上规律进一步调节PID参数，当kp、ki和kd分别为1，1.3和0.1时，可以得到如图4.11所示的阶跃响应曲线，此时系统的上升时间，超调量和调节时间等动态性能综合较好。

4.7 磁悬浮系统的实时控制

实时控制实验在MATALB Simulink环境下进行，实验软件下的实验步骤如下： 1）打开磁悬浮系统实时控制框图如图4.15所示。

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第4章 基于MATLAB的控制系统仿真

图4.15 磁悬浮系统实时控制框图

2）双击“PID”模块进入PID参数设置，如图4.16所示。

图4.16 PID参数设置

输入参数到PID控制器，点击“OK”保存参数。 3）点击

编译程序，完成后点击

使计算机和磁悬浮系统建立连接。

4） 点击运行程序，运行实时控制程序，对磁悬系统进行实时控制，经多次

调试可得PID控制器参数为：Kp=1.5，Ki=0.03，Kd=17。

其控制结果如图4.17和图4.18所示 。

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磁悬浮小球的PID控制

图4.17 控制器输出电压

由图4.17可知，小球稳定时，控制器输出电压稳定在0.35~0.4V附近。

图4.18 位置输出曲线图

由图4.18可知，小球位置输出曲线可知，PID控制算法可以实现小球的稳定悬浮，稳定时小球位置稳定在-3.8~-3.75mm附近。

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第5章 结 论

第5章 结 论

磁悬浮技术以其特有的优点受到广泛的研究，在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域具有广泛的应用背景。对磁悬浮技术进行进一步的研究，以推动磁悬浮高技术产品的开发与应用，具有重要的理论意义和现实意义。控制器是磁悬浮系统中的重要环节，其性能与系统的稳定性及各项技术指标有着密切关系。控制器应如何设计才能使系统稳定地工作并达到预期的性能指标是研究磁悬浮系统必须解决的问题。而控制器的核心是控制算法及其实现。因此，本文旨在研究一种磁悬浮PID控制系统。

本论文的主要工作有以下：

1、在分析磁悬浮系统工作原理的基础上，推导出磁悬浮系统的数学模型，分析了该系统的稳定性；

2、根据自动控制理论，分析了控制器对磁悬浮系统的影响，利用MATLAB软件设计出了PID控制器；

3、对磁悬浮控制系统做了仿真研究。

用PC机控制磁悬浮系统的方法并不唯一，针对PC机控制的磁悬浮系统，还有以下几个方面值得进一步研究：

1、可以考虑更加先进的控制算法，如神经网络控制，自适用控制等，至于这些控制方法的可行性有待以后进一步研究才可得知，所以磁悬浮系统控制算法未来的发展应该更加多元化；

2、本文所采用的是MATLAB软件，今后也可以利用MATLAB的可视化图形界面设计，开发出关于这些控制算法的磁悬浮应用工具箱或者软件，方便磁悬浮技术研究人员对磁悬浮控制进行深入研究。

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