磁悬浮的PID控制系统设计+MATLAB仿真(4)
磁悬浮轴承的研究是国外另一个非常活跃的研究方向，磁悬浮轴承广泛应用于航天、航天、核反应堆、真空泵、超洁净环境、飞轮储能等场合。目前磁力轴承的转速已达到80000转/分，转子直径可达12米，最大承载力为10吨。我国在这方面研究起步较晚，1980年清华大学开始进行定性研究。1986年哈尔滨工业大学开始研究五文主动式磁力轴承，并获国家自然科学基金资助，1990年成功地实现了静、动态稳定悬浮。目前国内还没有一个实际应用的例子，原因是磁力轴承是集众多学科于一体的高科技产品，有许多理论和实际技术问题需要解决。
(3) 高速磁悬浮电机
高速磁悬浮电机(Beatingless Motors)是近些年提出的一个新的研究方向，它集磁悬浮轴承和电动机于一体，具有自动悬浮和驱动的能力，且具有体积小、临界转速高等特点。国外自90年代中期开始对其进行了研究，相继出现了永磁同步型磁悬浮电机、开关磁阻型磁悬浮电机、感应型磁悬浮电机等各种结构。磁悬浮电机的研究越来越受到重视，并有一些成功的报道，如磁悬浮电机应用的生命科学领域，现在国外已研制成功的离心式和振动时磁悬浮人工心脏血泵，采用无机械接触式磁悬浮结构不仅效率高，而且可以防止血细胞破损，引起溶血、凝血和血栓等问题。
(4) 磁悬浮的其他应用领域
磁悬浮技术在其他领域也有很多应用：
风洞磁悬浮系统：这是60年代初就开始发展的研究方向，美国、苏联等为了发展自己的空中优势，花费了相当大的人力、物力。在风洞中小尺寸的飞行器模型，不用任何接触支撑或悬挂而仅靠磁力悬浮，因而可不受干扰的测量飞行器的空气动力学性能，并能直接测量其动力稳定性和控制参数。
磁悬浮隔振系统：磁悬浮隔振是一种新型的主动式隔振方法，他在振源和载荷之间用主动控制的磁场支撑，使振源和载荷之间完全脱离机械接触，由于外加主动控制，磁悬浮隔振的静态刚度和动态隔振效果可以方便的进行调解。
磁悬浮熔炼：磁悬浮熔炼是采用感应电流使金属熔化，且利用感应技术使融化后的金属熔体悬浮于空中，不与任何物体接触。这种非接触的熔炼方法可避免传统熔炼方法中炉料和熔炼金属以及炉子的接触。这样可以减少金属合金中的杂质，提高金属的性能，降低金属成品的废品率。
2 磁悬浮系统的结构与建模
2.1磁悬浮系统的结构
2.1.1磁悬浮的组成
本设计所使用的磁悬浮实验装置系统，是由固高科技有限公司所生产的磁悬浮实验装置GML1001。此磁悬浮实验装置由LED光源、电磁铁、光电传感器、功放模块、模拟量控制模块、数据采集卡和被控对象(钢球)等元器件组成，其结构简单，实验控制效果直观明了，极富有趣性。它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。系统组成主要由所需设计的PID控制器，以电磁铁为执行器，小球位置传感器和被控对象钢球组成，系统框图如图2.1所示。
图2.1 磁悬浮控制系统框图
电磁铁绕组中通以一定的电流或者加上一定的电压会产生电磁力，控制电磁铁绕组中的电流或者绕组两端的电压，使之产生的电磁力与钢球的重量相平衡，钢球就可以悬浮在空中而处于平衡状态。但是这种平衡状态是一种不稳定平衡。此系统是一开环不稳定系统。主要有以下几个部分组成：箱体、电磁铁、传感器、激光发生器、悬浮体。磁悬浮实验本体如下图2.2
图2.2 磁悬浮实验本体