Matlab磁悬浮系统的控制算法研究和设计(3)
2）对实验装置进行连线：①检查本体右侧船型电源开关处于OFF状态，如没有则打到关闭（OFF）状态。②开关打到Dig档时，用配套相应电缆将插在PC中的数据采集卡和磁悬浮实验本体连接起来，进行数字量控制实验。③开关打到Ana档时，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，无须安装任何其他部件，即可进行模拟量控制实验。
3）进行实验装置软件的安装：①驱动安装：数据采集卡PCI1711驱动程序的安装：将PCI型数据采集卡安装完毕后、计算机加电启动进入操作系统。系统自动搜索新硬件后，会提示用户插入磁盘进行驱动程序的安装，取消，进入Windows系统，装入随数据采集卡产品所带的驱动安装盘，从光驱启动运行安装程序，根据板卡的型号，选择相应的驱动程序，按照提示一步步进行。注意：先安装板卡自带Device Manager，再安装PCI1711驱动程序。安装完成后，进入系统属性框。查看设备管理器中是否有Advantech DA&C I/O cards中的 Advantech PCI1711S Device标识的硬件。若有且正确显示则说明数据采集卡安装成功。若没有此硬件，则需要重新安装，详细请查看数据采集卡说明书。②系统实验软件安装：在Windows 环境下进入资源管理器，将光盘中程序目录拷贝到硬盘中，直接点击指定Matlab Setup安装包里安装文件，即可启动安装实时控制程序。
（2）建立磁悬浮系统的连续数学模型
1）学习数学模型的建立步骤及其方法，建模的方法一般可以分为两类（机理分析方法和测试分析方法），机理分析方法是根据对现实的对象的特征的了解、分析其内部因素之间的关联，建立有明确物理意义的模型。测试分析方法是通过测量系统的输入输出，在此基础上用统计分析的方法，在建立好的诸多模型中选一个符合输入与输出关系式的模型。有时也会用到两种方法的结合。
2）熟悉线性二次型最优控制原理，最优控制论是一个线性状态反馈控制律，便于闭环最优控制。黎卡提方程为非线性矩阵微分方程，一般只能用计算机逆时间方向求取数值解。当时间区间[t_0,t_f]是有限的，黎卡提方程的解P(t)就是时变的，最优反馈系统将成为线性时变系统。
3）建立线性二次型最优控制器，控制器的设计是磁悬浮系统的核心内容，因为磁悬浮系统是一个绝对不稳定的系统，为使其保持稳定并且可以承受一定的干扰，需要给系统设计控制器。目前典型的控制器设计理论有：PID控制、根轨迹法以及频率响应法、状态空间法、最优控制理论、模糊控制理论、神经网络控制、拟人智能控制、鲁棒控制、自适应控制，以及这些控制理论的相互结合组成更加强大的控制算法，都可以在磁悬浮平台上很方便地进行试验。
（3）利用MATLAB仿真软件编制磁悬浮系统的控制器算法并仿真调试，截取实验波形图。学习Simulink的建模步骤，模型的基本结构一般包括源模块、系统模块、显示模块。Simulink的仿真包括模块初始化和模型执行两部分。在仿真的时候设定待仿真系统的初始状态和输出。每一个时间步中，Simulink计算系统的输入、输出和状态，同时对模型进行更新进而反映计算出的值，仿真结束时，模型得出系统的输入、输出和状态。
2 磁悬浮系统的分析与建模
2.1 磁悬浮系统的分析与建模
2.1.1 磁悬浮系统组成
本实验采用的是由固高科技有限公司所生产的磁悬浮实验装置GML1001。磁悬浮系统实验装置由电磁铁、数据采集卡、LED光源、功放模块、模拟量控制模块、光电传感器和被控对象(小球)等元器件组成。实验装置结构简单，实验效果清晰直观，是一个典型的吸浮式悬浮系统。此系统可以分为磁悬浮实验本体、电控箱及由数据采集卡和普通PC机组成的控制平台等三大部分[3]。
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