MATLAB磁悬浮系统的控制算法研究与设计(3)
1.2 国内外研究情况
1.2.1 磁悬浮方式的分类
1.2.2 控制方式的分类
1.2.3 磁悬浮轴承对控制器的要求
1.3 国内外发展情况
1.4 MATLAB简介
MATLAB是由美国公司Math Works开发的软件[11]。它的名字由MATrix和LABoratory两词的前三个字母组合而成。
MATLAB是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而使其被广泛的应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作中。
其主要功能有：数值分析；数值和符号计算工程与科学绘图；控制系统设计与仿真；数字图像处理；数字信号处理；通讯系统设计与仿真；财务与金融工程。
MATLAB进行数值计算的基本处理单位是复数数组（或阵列），并且数组文数是自动按照规则确定的。这一方面使MATLAB程序可以被高度“向量化”，另方面使用户易写易读。
MATLAB还提供了一个实时开发环境：即帮助系统、工作内存管理、指令和函数管理、探索路径管理、操作系统、程序调试和性能剖析工具等。
MATLAB利用M语言开发了相应的MATLAB专业工具箱函数供用户直接使用，这些工具箱应用的算法是开放的、可扩展的，用户不仅可以观察其中的算法，还可以针对一些算法进行修改，甚至允许开发自己的算法以便扩充工具箱的功能。目前MATLAB的工具箱分40多种。
1.5 Simulink简介
Simulink[5]是基于MATLAB的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模，例如航空动力学系统，卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车灯，其中包括连续、离散，条件执行、事件驱动、但速率、多速率和混杂系统等。
Simulink提供了利用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形界面，而且Simulink还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合，利用Simulink几乎可以做到不书写一行代码就能完成整个动态系统的建模工作。
Simulink的特点：
① 交互式建模；
② 交互式仿真；
③ 任意扩充和定制功能。
本课题中对线性最有二次性能指标的确定以及对整个磁悬浮控制系统的仿真都是运用Simulink工具包进行建模、仿真和分析，来达到系统各项性能指标，其便利性大大节约了本数控系统的开发时间。
1.6 课题的主要工作
（1） 绪论
通过磁悬浮技术综述，介绍了磁悬浮方式的分类，磁悬浮控制技术的分类，磁悬浮技术的应用及展望，MATLAB软件及Simulink，并阐述了本课题的研究意义。
（2） 磁悬浮系统的结构与建模
以磁悬浮系统为例，介绍了磁悬浮系统的构成及工作原理，对这一系统建立数学模型，并分析了该系统的稳定性。
（3） 控制器的设计
介绍了线性二次最优控制器的结构，线性二次型最优控制性能指标，状态调节器，输出调节器问题，以及控制器对磁悬浮系统的影响，并对控制器方案进行了比较与选择。对LQR算法进行了加权矩阵Q与R的具体理论分析，并通过仿真得出各个参数的比较结果，最后得出了适合本系统的线性二次最优参数。
（4） 基于MATLAB的控制系统仿真
运用了MATLAB和Simulink软件设计出线性二次最优控制器并仿真，得出仿真结果并进行对比。
（5） 总结与展望
对本论文所做的工作及贡献作了总结，并对进一步的研究与开发作了思考，提出了自己的见解。
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