計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)業(yè)論文

PAGEPAGE23計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)業(yè)論文題目：磁懸浮球?qū)嶒?yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和仿真組員姓名：XXXXXXXXXXXX學(xué)院：機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：XXXXXX指導(dǎo)老師：XXXXXX二零一四年十二月目錄摘要……………3一．需求分析……4二．總體方案……4三．技術(shù)指標(biāo)……6四．?dāng)?shù)學(xué)模型建立………………6五．控制其設(shè)計(jì)及系統(tǒng)仿真……10六．LabVIEW控制界面和控制算法設(shè)計(jì)……………16七．硬件設(shè)計(jì)器件選型……………17八、小組分工及設(shè)計(jì)思考…………19摘要 磁懸浮球系統(tǒng)是一種典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，本文所研究的磁懸浮球控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一種單自由度的磁懸浮控制平臺(tái)，單自由度磁懸浮系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能評(píng)判相對(duì)容易，科研周期短，研究成果應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。電磁吸引控制懸浮方式的控制方法是其技術(shù)的核心，控制器的性能直接決定了懸浮體的性能指標(biāo)，例如精度、剛度、阻尼特性、抗干擾能力等。所以在這類(lèi)磁懸浮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，高性能控制器的研究與設(shè)計(jì)成為生產(chǎn)高品質(zhì)磁懸浮產(chǎn)品的關(guān)鍵。以上問(wèn)題都對(duì)磁懸浮的控制器提出了很高的要求，要提高控制器的性能，就需要對(duì)控制方法做大量的研究。傳統(tǒng)的工業(yè)控制較多采用應(yīng)用成熟的PID控制器，通過(guò)對(duì)參數(shù)的選取，還可構(gòu)成PI、PD控制器，PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，應(yīng)用成熟，但是在高精度的磁懸浮技術(shù)中，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和磁場(chǎng)本身的非線性使得傳統(tǒng)的PID控制器不能完全滿(mǎn)足工程需要。近年來(lái)，隨著工業(yè)水平的提高，很多先進(jìn)控制方法如非線性控制、智能控制、最優(yōu)控制及系統(tǒng)辨識(shí)等方法開(kāi)始應(yīng)用到自動(dòng)化領(lǐng)域。本文將重點(diǎn)研究PID控制器的設(shè)計(jì)仿真同時(shí)完成相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)。需求分析磁懸浮技術(shù)是集電磁學(xué)、電子技術(shù)、控制工程、信號(hào)處理、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)為一體的典型的機(jī)電一體化技術(shù)。磁懸浮是利用磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力克服重力，將物體懸浮在空氣中的一種技術(shù)。由于懸浮體和支撐裝置之間無(wú)任何接觸，摩擦也就不復(fù)存在，從而避免了由摩擦帶來(lái)的機(jī)械磨損和能量損耗。應(yīng)用了磁懸浮技術(shù)的運(yùn)動(dòng)裝置具有無(wú)摩擦，壽命長(zhǎng)，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。目前各國(guó)已廣泛開(kāi)展了對(duì)磁懸浮控制系統(tǒng)的研究。隨著電子技術(shù)、控制理論、電磁理論及新型電磁材料的發(fā)展，磁懸浮技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。磁懸浮技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械加工、空間技術(shù)、工業(yè)運(yùn)輸、冶金、展覽和醫(yī)療等領(lǐng)域。本文所設(shè)計(jì)的磁懸浮球控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一種單自由度的磁懸浮球控制平臺(tái)。單自由度磁懸浮系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能評(píng)判相對(duì)容易，開(kāi)發(fā)周期短的優(yōu)點(diǎn)。多自由度磁懸浮系統(tǒng)可以直接吸收借鑒單自由度磁懸浮系統(tǒng)所取得的研究成果。因此，進(jìn)行單自由度磁懸浮球控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和控制研究對(duì)于推動(dòng)磁懸浮技術(shù)的發(fā)展有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。磁懸浮球系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案1.磁懸浮球系統(tǒng)組成磁懸浮球控制系統(tǒng)硬件組成如圖2-1所示。圖圖2-1磁懸浮控制系統(tǒng)組成磁懸浮球控制系統(tǒng)主要由位移傳感器、控制器、功率放大器、電磁鐵和被控對(duì)象（鋼球）等元器件組成。2.磁懸浮球系統(tǒng)工作原理 如圖2-1所示，磁懸浮球控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。由位移傳感器檢測(cè)鋼球與電磁鐵之間的距離變化，當(dāng)鋼球受到擾動(dòng)下降，鋼球與電磁鐵之間的距離增大，傳感器輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)經(jīng)控制器處理，相應(yīng)的控制信號(hào)由功率放大器放大，使電磁鐵繞組中的控制電流相應(yīng)增大，電磁力增大，鋼球被吸回平衡位置，反之亦然，使鋼球能在平衡位置懸浮。3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 通過(guò)渦流位移傳感器檢測(cè)鋼球偏離平衡位置位移，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將位移信息采集至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)采集信息后通過(guò)LabVIEW的控制算法得出矯正量通過(guò)功率放大器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，矯正的電流通過(guò)線圈產(chǎn)生矯正的電磁力使鋼球重新恢復(fù)平衡。 完成該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要完成以下內(nèi)容。 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立；通過(guò)MATLAB和simulink仿真完成數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)；LabVIEW控制界面和控制器算法設(shè)計(jì)；功率放大器的設(shè)計(jì)選型；采集卡的選型；傳感器的選型；系統(tǒng)的仿真調(diào)試。技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)磁懸浮球控制系統(tǒng)控制器，要求滿(mǎn)足階躍響應(yīng)超調(diào)量小于20%，響應(yīng)時(shí)間小于1s，穩(wěn)態(tài)誤差小于0.1%。數(shù)學(xué)模型建立首先討論單自由度磁懸浮球在磁懸浮系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)，并建立單自由度磁懸浮球的數(shù)學(xué)模型。磁懸浮球的受力分析圖如2-2：Xo+xXo+xIo+iFmg電磁鐵鋼球圖2-2磁懸浮球受力分析圖如圖2-2所示，Xo為磁懸浮球在平衡位置的間隙，為鋼球在Y方向上偏離平衡位置的位移，Io、i分別為電磁鐵線圈的偏置電流和控制電流，F(xiàn)為電磁鐵對(duì)鋼球所產(chǎn)生的電磁鐵，mg為鋼球所受重力。由于電磁力F正比于（為勵(lì)磁電流，為電磁鐵氣隙），要使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮在平衡位置上，須滿(mǎn)足合力。對(duì)上圖所示的模型做如下的假設(shè)：采用材料的磁導(dǎo)率完全相同；在氣隙中磁通分布均勻；忽略渦流、磁滯和漏磁等非線性因素。假設(shè)平衡狀態(tài)輸入電流為，鋼球與電磁鐵間的氣隙為時(shí)，此時(shí)有：動(dòng)力學(xué)方程（2—1）電磁力方程（2—2）在平衡點(diǎn)（2—3）將鋼球作為單質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理，當(dāng)鋼球質(zhì)心在Y方向上有向上的偏移量x時(shí)，電磁鐵的吸力為（2—4）其中——真空或空氣導(dǎo)磁率——單個(gè)磁極面積——電磁鐵線圈匝數(shù)——線圈中的偏置電流——空氣氣隙厚度——由引起的控制電流分量——轉(zhuǎn)子在Y方向上偏離平衡位置的位移當(dāng)鋼球僅存在平移，且無(wú)干擾力存在時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)子的中心運(yùn)動(dòng)方程可表示為（2—5）式（2-1）中是位移而引起的控制電流，在平衡位置處有將上式在平衡位置處用泰勒公式展開(kāi)，并去除二階最小量得（2—6）令一般稱(chēng)之為電流力度系數(shù)或電流剛度。令一般稱(chēng)之為位移力系數(shù)或位移剛度。最終可以得到磁懸浮球的運(yùn)動(dòng)微分方程為（2—7）此方程是在平衡點(diǎn)附近線性化化得到的方程，，只能在平衡點(diǎn)附近能近似的描述系統(tǒng)特性，在遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)的時(shí)候方程（2-7）就不能描述系統(tǒng)的特性了。將方程（2-5）的兩邊進(jìn)行拉氏變換后可得（2—8）以為系統(tǒng)的輸入，為系統(tǒng)的輸出，則得到單自由度磁懸浮系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（2—9）設(shè)：假設(shè)系統(tǒng)使用渦流傳感器作為位移傳感器，其傳遞函數(shù)為功率放大器在平衡位置附近，攻防工作在線性范圍內(nèi)，可以認(rèn)為功放為比例環(huán)節(jié)。其傳遞函數(shù)為磁懸浮參數(shù)的數(shù)值化將參數(shù)帶入平衡點(diǎn)處式子（2—3），平衡方程得系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)開(kāi)環(huán)的特征方程為系統(tǒng)有一個(gè)極點(diǎn)在復(fù)平面的右半平面，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件：系統(tǒng)特征方程所有根的實(shí)部均落在復(fù)平面的左半平面，可知，此磁懸浮球系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)是不穩(wěn)定的。控制器設(shè)計(jì)及系統(tǒng)仿真1.閉環(huán)控制模型 由上節(jié)得出的磁懸浮球系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)可以看出，單自由度磁浮球系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)特征方程為，可以得出有一個(gè)根是正根，那么根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，開(kāi)環(huán)磁懸浮球系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，必須在系統(tǒng)中加入控制器，做閉環(huán)控制。磁懸浮球控制系統(tǒng)包括電磁鐵、鋼球、功率放大器、傳感器部分。本文中功率放大器部分采用的是電壓—電流型功放，在平衡位置附近，功放工作在線性范圍內(nèi)，它將傳感器的輸出電壓1:1的轉(zhuǎn)化成控制電流，因此功率放大器部分可以等效為一個(gè)的的比例環(huán)節(jié)。渦流傳感器在平衡位置附近可以認(rèn)為傳感器是理想比例部件，因此渦流傳感器部分可等效為一個(gè)傳遞函數(shù)為的比例環(huán)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的框圖如圖2-3所示。R(s)R(s)+-Gc(s)Ka被控對(duì)象y(s)K(s)圖2-3系統(tǒng)閉環(huán)控制框圖不加控制器即Gc(s)=1時(shí)，閉環(huán)傳遞函數(shù)為：在MATLAB對(duì)開(kāi)環(huán)和不加控制器作用的系統(tǒng)坐階躍響應(yīng)，代碼和結(jié)果如下。s=tf('s');g0s=9.81/(s^2-480.7)gs=g0s/(1+g0s)step(g0s);holdon;step(gs)圖2-4開(kāi)環(huán)和閉環(huán)無(wú)控制器的階躍響應(yīng)由圖可知，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和不加控制器的閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。2.連續(xù)PID控制器設(shè)計(jì) 本磁懸浮球計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用連續(xù)域-離散化設(shè)計(jì)方法，先設(shè)計(jì)出能使系統(tǒng)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)特性好的連續(xù)PID控制器，再將連續(xù)控制器離散化成離散控制器。 在simulink中進(jìn)行連續(xù)PID控制器的參數(shù)整定及仿真，熟悉PID三個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響以及得出最優(yōu)的PID參數(shù)。圖2-5是simulink中建立的PID閉環(huán)控制框圖。在參數(shù)Kp=700，Ki=1/6000,和Kd=6作用下階躍響應(yīng)結(jié)果如圖2-6所示。圖2-5simulink仿真框圖圖2-6Kp=700，Ki=1/6000,和Kd=6時(shí)的階躍響應(yīng) 由響應(yīng)可以看出，在此PID參數(shù)下系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定，且響應(yīng)較快，穩(wěn)態(tài)誤差很小，超調(diào)量略大。下面是一組各種參數(shù)下的階躍響應(yīng)。PID參數(shù)給定的方法為工程應(yīng)用中常用的試湊法，在此不做贅述。圖2-7Kp=1100，Ki=1/6000,和Kd=12時(shí)的階躍響應(yīng)圖2-8Kp=100，Ki=1/6000,和Kd=12時(shí)的階躍響應(yīng)圖2-8Kp=10000，Ki=1/6000,和Kd=200時(shí)的階躍響應(yīng)在改變參數(shù)中發(fā)現(xiàn)，增大既能使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高系統(tǒng)的控制精度，又可以使系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快；相應(yīng)的減小積分控制有利于減小超調(diào),減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加；增大微分控制可以有效的減小系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性能的基礎(chǔ)上改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但系統(tǒng)的抗干擾能力降低。我們要更好的結(jié)合比例積分微分三種控制方式的優(yōu)點(diǎn)和特性，在更大的程度上改善系統(tǒng)各方向的性能，最大程度的使閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)盡可能地最好（穩(wěn)、快、準(zhǔn)）。 在調(diào)節(jié)過(guò)程中得出一組動(dòng)態(tài)特性較為理想，且滿(mǎn)足性能指標(biāo)的參數(shù)，Kp=800，Ki=1/5000,和Kd=20，響應(yīng)如圖2-8所示，其中超調(diào)量小于20%，穩(wěn)態(tài)誤差為0.0068%，階躍響應(yīng)時(shí)間小于1s，滿(mǎn)足性能指標(biāo)。所以得出連續(xù)控制器傳遞函數(shù)為圖2-9Kp=800，Ki=1/5000,和Kd=20時(shí)的階躍響應(yīng)3.PID控制器的離散化 PID控制器離散化的方法通常有兩種，位置式和增量式。 位置式控制算式為增量式控制算式為兩者的特點(diǎn)和區(qū)別在于，位置式PID控制算法，實(shí)際的位置PID控制器輸出為比例作用、積分作用與微分作用之和，如果采樣周期θ取得足夠小，這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)控制過(guò)程十分接近。這種算法的缺點(diǎn)是，由于全量輸出，所以每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的。增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Δu(k)。采用增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的控制量Δu(k)對(duì)應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的增量，而不是對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，因此要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須具有對(duì)控制量增量的累積功能，才能完成對(duì)被控對(duì)象的控制操作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的累積功能可以采用硬件的方法實(shí)現(xiàn)；也可以采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，如利用算式u(k)=u(k-1)+Δu(k)程序化來(lái)完成。鑒于兩種離散化方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本文采用增量式PID離散方法。則離散PID控制器的算式為?uLabVIEW控制界面和控制算法設(shè)計(jì)LabVIEW是基于G語(yǔ)言的虛擬儀器軟件，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類(lèi)似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。

與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。同時(shí)LabVIEW還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集分析能力，和數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合能高效完成大部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)任務(wù)，所以本文采用LabVIEW作為磁懸浮球控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。在LabVIEW中通過(guò)DAQ-mx模塊連接數(shù)據(jù)采集卡，將采集的數(shù)據(jù)傳入LabVIEW的vi中，而在本文中只做仿真和界面搭建且沒(méi)有數(shù)據(jù)采集卡，所以在該vi的設(shè)計(jì)中不采用DAQ-mx該模塊。LabVIEW設(shè)計(jì)界面如圖6-1所示圖6-1LabVIEW控制界面圖6-2LabVIEW程序該vi能實(shí)時(shí)將鋼球的位置以波形顯示，且能在線調(diào)整PID參數(shù)。程序中將G(s)離散化，編程進(jìn)行模擬仿真。在實(shí)際的系統(tǒng)中將由程序通過(guò)DAQ-mx將控制量輸出至采集卡輸出口通過(guò)功率放大器驅(qū)動(dòng)電磁線圈。G(s)離散化過(guò)程如下：由 得 拉式逆變換得 用二階差分代替二階導(dǎo)數(shù)得差分方程為：其中T為采樣周期。硬件設(shè)計(jì)器件選型1.功率放大器設(shè)計(jì)功率放大器是磁懸浮球控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它的作用是將控制器輸出的電壓校正信號(hào)進(jìn)行放大并驅(qū)動(dòng)電磁鐵，以產(chǎn)生需要的控制電流和功率，從而產(chǎn)生需要的電磁力來(lái)控制磁懸浮轉(zhuǎn)臺(tái)。功率放大器根據(jù)采用的器件、原理不同，可分為模擬線性功率放大器和開(kāi)關(guān)功率放大器。模擬功率放大器的優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定性好、負(fù)載穩(wěn)定度高、輸出紋波小、瞬態(tài)相應(yīng)快、電流噪聲小、頻響好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。模擬線性功率放大器在控制方法上分為電壓—電流型功率放大器和電壓—電壓型功率放大器。磁懸浮球控制系統(tǒng)中電磁鐵線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)鋼球的磁力是與電磁鐵線圈中勵(lì)磁電流成正比的，因此功率放大器的作用是對(duì)負(fù)載也就是電磁鐵線圈中電流進(jìn)行控制。由于電磁鐵線圈是個(gè)感性負(fù)載，如果功率放大器輸出的是電壓信號(hào)，則流過(guò)負(fù)載的電流值就會(huì)由于電感的滯后作用而滯后，這對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能很不利。而電壓—電流型功率放大器就可以很好的避免感性負(fù)載的滯后作用。所以本文對(duì)功率放大器的設(shè)計(jì)都采用電壓—電流型控制。本文設(shè)計(jì)了線性電流型功率放大器線性功放的線路圖如下圖7-1所示圖7-12．渦流傳感器的選型在磁懸浮球控制系統(tǒng)中，位移傳感器的作用是精確的檢測(cè)鋼球的位移，為控制器提供偏差信號(hào)，作用十分重要。目前磁懸浮系統(tǒng)中常見(jiàn)的位移傳感器主要有電渦流傳感器和光電傳感器。渦流傳感器具有無(wú)接觸、靈敏度高、線性范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在磁懸浮系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛。光電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有易受照明光線干擾的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選用的傳感器為中泰科技D0-2電渦流傳感器，它包含了前置放大器和電渦流探頭，線性度較好，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度為2V/mm，可以直接將傳感器的輸出信號(hào)接入采集卡。圖7-2電渦流傳感器前置器結(jié)構(gòu)3.采集卡的選型 數(shù)據(jù)采集卡在本實(shí)驗(yàn)中的主要作用是進(jìn)行D/A和A/D轉(zhuǎn)換，由于實(shí)驗(yàn)對(duì)采集的要求比較高，故選擇一個(gè)合適的數(shù)據(jù)采集卡很重要。研華是設(shè)計(jì)與制造插卡式I/O適配卡的國(guó)際領(lǐng)導(dǎo)廠商，提供全系列的工業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)采集(DAQ)與控制產(chǎn)品，這類(lèi)產(chǎn)品廣泛用于工業(yè)及實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，例如：監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集及自動(dòng)化測(cè)試。因此選用研華PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡支持輸入和輸出端口，能配合LabVIEW作高質(zhì)量的測(cè)控系統(tǒng)。小組分工和設(shè)計(jì)思考1.本次計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分工 XXX同學(xué)負(fù)責(zé)完成文獻(xiàn)的查閱和系統(tǒng)模型的構(gòu)建，在期間主要通過(guò)查閱數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)文獻(xiàn)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)書(shū)籍，同時(shí)也參考電磁學(xué)相關(guān)書(shū)籍推出電磁力的基本方程。在建立模型過(guò)程中會(huì)使用常用的數(shù)學(xué)變換方法如傅里葉變換和拉氏變換，同時(shí)MATLAB也具有相關(guān)函數(shù)可以完成類(lèi)似變換進(jìn)行驗(yàn)證。在建立模型中會(huì)進(jìn)行相關(guān)的簡(jiǎn)化和近似，將電磁學(xué)等的非線性因素忽略得到便于分析的線性系統(tǒng)。 XXX同學(xué)負(fù)責(zé)完成控制器的設(shè)計(jì)和仿真。在小組成員建立的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行分析系統(tǒng)的特性，包括頻域內(nèi)的幅頻特性相頻特性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靜差。在此基礎(chǔ)上考慮控制器的設(shè)計(jì)要求，采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)和PID控制器。其中PID參數(shù)的整定方法參考工程應(yīng)用中常用的試湊法，該方法簡(jiǎn)單快捷，能滿(mǎn)足大部分實(shí)際工程應(yīng)用的要求。在設(shè)計(jì)中需要熟練使用MATLAB和simulink，使用該數(shù)學(xué)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真直到找到最優(yōu)的控制器參數(shù)。 XXX同學(xué)負(fù)責(zé)完成LabVIEW界面的編程和算法的實(shí)現(xiàn)。本次磁懸浮控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用連續(xù)域-離散化設(shè)計(jì)方法，該方法只需按照以往在連續(xù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將計(jì)算機(jī)控制器看成連續(xù)控制器，在設(shè)計(jì)完連續(xù)控制器后選擇一定的離散方法將控制器離散化輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程。在得到PID控制器的參數(shù)后采用增量式方法進(jìn)行離散，再通過(guò)LabVIEW進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。和以往控制系統(tǒng)采用MATLAB和simulink作為控制終端不同，本次設(shè)計(jì)采用LabVIEW作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，因