MATLAB磁悬浮的二次最优控制系统设计(4)
我国对磁悬浮列车的研究工作起步较晚，磁悬浮列车的研制始于20世纪70年代，以中低速型的磁悬浮技术为主要研究对象，国防科技大学、西南交通大学、原铁道部科学研究院和大连磁谷科技等多家科研单位都参与了研发。国防科技大学CMS系列的磁浮车、西南交大CFC系列的磁浮车以及大连磁谷的中华号永磁磁浮车相继问世，并建成了长沙、唐山、青城山以及大连等多条试验线。
世界上正式投入运营的磁悬浮线路有三条，即英国伯明翰线、日本东部丘陵线和上海磁悬浮示范线，其中英国伯明翰线和日本东部丘陵线为中低速磁悬浮线，上海磁悬浮示范线是全球第一条高速磁悬浮线。
（2） 磁悬浮轴承
磁悬浮轴承也称电磁轴承或磁轴承，广泛应用于机械工业领域。是利用可控电磁力作用将转子或轴承稳定悬浮于空间的一种新型高性能轴承。涡轮分子泵、制冷透平泵、各类机床、姿态控制飞轮、涡轮发电机、火箭引擎透平泵、环状悬浮定位系统、高速离心机、液氦泵以及反射镜的驱动机械装置等各种高速旋转机械。
1950年美国弗吉尼亚大学J.W.Beams最早研制成功用于离心机的混合电磁轴承。1977年法国S2M公司开发了世界第一台用于高速机床的磁悬浮主轴。2002年德国Darmsdat工业大学机电研究所成功研制出了主动磁轴承（AMB）电主轴。在航空航天领域，美国、法国以及日本先后成功地将磁悬浮轴承应用在空间制导和惯性轮以及发动机灯核心构件上。
磁轴承发展的研究一直受到国内外工业界的持续关注。从1988年起，每两年国际上举行一届磁轴承国际会议，研讨交流该领域的最新研究成果。目前较为活跃并处于领先地位的主要有美国Maryland大学，瑞士联邦工学院和Virginia大学、英国Sussex大学和日本东京大学等研究机构，以及法国S2M、英国Glacier、MTI、美国Avcon、Satcon等生产厂家。目前磁悬浮轴承已进入应用阶段： 1969年法国军部实验室(LRBN)将第一个磁悬浮轴承运用于卫星导向器飞轮支承上； 1983年11月美国将磁悬浮轴承真空泵装载在航天飞机上的欧洲空间实验舱中；1995年，在国际机床博览会上日本精工精机公司展出了磁轴承主轴的机械加工中心MV--40B。从目前国外的应用状况来看，在高精度和高速旋转的应用场合，磁轴承具有较大的优越性，已逐渐发展为应用的主流。
我国对磁悬浮支承技术的研究开始于二十世纪五十年代末，目前还处于实验及工业试验运行阶段，还未有成功批量应用于实际机组上的报道。目前，清华大学、西安交通大学、上海大学、武汉理工大学、南京航空航天大学以及北京航空航天大学等多所研究院校都在致力于磁悬浮轴承的研究工作。
在磁悬浮系统的研究中，单自由度磁悬浮系统为典型的磁悬浮系统，其结构简单、易于实现。因此对单自由度磁悬浮系统的研究是研究磁悬浮技术的一种简单而有效的方法，是进行多自由度磁悬浮控制系统技术研究的基础，对非接触式位置传感、悬浮磁场分析以及磁悬浮先进控制算法等方面的研究有着重要的意义。
1.4 本课题的工作及主要内容
本课题的主要工作就是基于MATLAB设计出磁悬浮系统的二次最优控制器，运用实验室计算机和磁悬浮仿真系统实现对小球的数字控制。
本论文分为以下节，各节内容安排如下：
（1）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及磁悬浮技术的应用及展望；
（2）介绍了最优控制理论和线性二次最优控制原理，介绍了MATLAB软件及simulink软件的仿真功能；
（3）以固高磁悬浮系统为例，介绍了磁悬浮系统的构成及工作原理，介绍了最优控制器的结构及对磁悬浮系统的影响；