磁悬浮的PID控制系统设计+MATLAB仿真(18)
图5.15 闭环阶跃响应仿真曲线( , , )
图5.16 闭环阶跃响应仿真曲线( , , )
由图5.14、图5.15和图5.16得知，微分作用主要是响应系统误差变化速率改善系统的动态性能，在系统响应过程中当误差向某个方向变化时起制动作用。但 不能过大，否则会使响应过程提前制动，延长调节时间，并且会降低系统的抗干扰性能。
结合以上规律，反复调整PID控制器参数，当 ， ， 时，可得如图5.8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。
6磁悬浮系统的实时控制
MATLAB软件提供了一个实时开发环境，可用于实时系统仿真和产品的快速原型化，这一点是通过特殊应用工具箱——Real-Time Workshop(RTW)实现的。RTW是MATLAB图形建模和仿真环境Simulink的一个重要的补充功能模块，简言之，它是一个基于Simulink的代码自动生成环境。它能直接从Simulink的模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码，并根据目标配置自动生成多种环境下的程序。本毕业设计对磁悬浮系统的实时控制就是在实时视窗目标(Real-Time Windows Target)环境下实现的。
磁悬浮系统实时控制框图如图6.1所示：
图6.1 磁悬浮系统实时控制框图
图6.1中的PID controller模块为前面所设计的PID控制器，双击此模块，可以设置PID参数 、 和 ，如图6.2所示。
图6.2 PID参数设置
Analog Input和Analog Output为Real-Time Windows Target Block Library中的模拟量输入输出模块，双击这两个模块，选择Install new board→Advantech→PCI1711，安装数据采集卡PCI1711，如图6.3所示：
图6.3 数据采集卡的安装
安装完数据采集卡后，进行检测，单击Board setup按钮，弹出测试对话框，复选Auto-detect选项，然后点击Test，如果数据采集卡硬件及驱动已正确连接到PC机，则会出现测试成功的信息，如图6.4所示。
图6.4 数据采集卡的测试
设置好各模块参数后，选择Tools菜单下的Real-Time Workshop→Build Model或者按快捷键Ctrl+B进行编译，再点击 ，运行实时控制程序，对磁悬系统进行实时控制。其控制结果如图6.5和图6.6所示：
图6.5 小球偏离平衡位置自动调节曲线
图6.6 实时控制结果
由图6.6可知，本次毕业设计所设计的PID控制器能对磁悬浮控制系统实现稳定的控制，并且动态性能基本达到设计要求。
7 总结与展望
7.1总结
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，本设计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，设计出了PID控制器再用MATLAB软件对其进行仿真；
(3).对磁悬浮控制系统做了PID控制仿真研究；
(4).用所设计的控制器对磁悬浮控制系统进行实时控制。