磁悬浮控制系统建模与仿真毕业设计论文
基于鲁棒H∞控制器的磁悬浮系统控制设计
基于鲁棒H∞控制器的磁悬浮系统控制设计鲁棒控制是一种可以提高系统控制性能的控制方法。
鲁棒控制能够应对系统参数不确定性、外部干扰以及测量噪声等问题，使控制系统具有更好的鲁棒性和稳定性。
磁悬浮系统是一种新型的控制系统，广泛应用于高精度定位和振动控制等领域。
本文基于鲁棒H∞控制器设计了磁悬浮系统控制。
首先，我们需要对磁悬浮系统建立数学模型。
磁悬浮系统主要由电磁悬浮轴承和驱动电机组成。
电磁悬浮轴承通过电磁力使被控对象悬浮在气垫上，而驱动电机则通过控制电流来改变被控对象的位置。
磁悬浮系统的动力学方程可以表示为：$$M\ddot{x}(t) + B\dot{x}(t) + Kx(t) = F(t)$$其中，$M$是质量，$B$是阻尼，$K$是刚度，$x(t)$是被控对象的位移，$F(t)$是外部输入控制力。
接下来，我们需要根据磁悬浮系统的特点，设计鲁棒H∞控制器。
鲁棒H∞控制器是一种最优控制器，通过最小化系统灵敏度函数的上界来实现鲁棒性设计。
鲁棒H∞控制器的控制律如下：$$u(t)=-Kx(t)$$其中，$u(t)$是控制器的控制输入，$K$是控制器的增益矩阵。
为了实现控制器的设计，我们需要对磁悬浮系统进行状态空间的描述。
我们可以将磁悬浮系统的状态空间表示为：$$\dot{x}(t) = Ax(t) + Bu(t)$$$$y(t)=Cx(t)+Du(t)$$其中，$A$、$B$、$C$、$D$分别是系统的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和传递矩阵。
在进行鲁棒H∞控制器设计之前，我们需要对磁悬浮系统进行参数辨识。
参数辨识是为了获得系统的准确参数，以便进行控制器设计。
参数辨识可以通过实验方法进行，收集系统的输入输出数据，然后采用系统辨识算法进行参数的估计。
在完成参数辨识后，我们可以利用已知的系统模型和参数，通过鲁棒H∞控制器设计方法进行控制器的设计。
设计鲁棒H∞控制器的关键是确定控制器的增益矩阵$K$。
通常情况下，使用李亚普诺夫方程和小包络理论来解决这个问题。
磁悬浮列车运行控制系统的研究与设计
磁悬浮列车运行控制系统的研究与设计磁悬浮列车是一种利用磁悬浮技术来运行的高速列车。
相比传统的轮轨列车，磁悬浮列车有更高的速度、更低的噪音和更少的维护成本，因此越来越受到人们的关注。
但是，磁悬浮列车也存在一些挑战，其中最重要的挑战是安全问题。
为了确保磁悬浮列车的安全性，需要设计一个高效的运行控制系统。
本文将探讨磁悬浮列车运行控制系统的研究与设计。
磁悬浮列车主要由车体、磁悬浮系统和运行控制系统三部分组成。
其中，磁悬浮系统是磁悬浮列车的核心部件，它通过磁力将车体悬浮在轨道上，并提供推进力，使列车运动。
运行控制系统则负责监测列车的状态，并控制磁悬浮系统的工作状态，从而实现列车的安全、高效运行。
磁悬浮列车的运行控制系统主要由控制器、传感器、执行器和通讯系统四个部分组成。
其中，控制器是运行控制系统的核心部件，它根据传感器收集到的数据，控制执行器的工作，从而实现列车的控制。
传感器则用于收集列车的运行状态，可以包括位置、速度、加速度、温度、湿度等方面。
执行器则负责控制磁悬浮系统的工作状态，根据控制器的指令来控制磁悬浮系统的电磁铁工作状态。
通讯系统则负责传输控制指令和传感器数据，在列车和控制中心之间建立起稳定的通讯连接。
为了确保磁悬浮列车的安全性，运行控制系统需要具备以下功能：1. 状态监测和控制功能。
运行控制系统需要能够准确地监测列车的位置、速度、加速度和姿态等状态，并根据这些数据控制磁悬浮系统的工作状态，以确保列车的平稳、高效运行。
2. 故障诊断和容错能力。
运行控制系统需要具备故障诊断和容错能力，能够及时检测和处理列车中发生的故障，保证列车在故障情况下的安全运行。
3. 紧急制动和停车控制功能。
运行控制系统需要具备紧急制动和停车控制功能，能够在紧急情况下及时停车，保证列车的安全。
为了实现以上功能，运行控制系统需要采用现代控制理论和控制方法。
其中，基于状态反馈的PID控制方法是最常用的控制方法之一，它可以通过不断调整控制量，使系统保持在稳定状态，从而实现良好的控制效果。
高速列车磁悬浮系统动力学建模与仿真
高速列车磁悬浮系统动力学建模与仿真在当今社会，高速列车磁悬浮系统已经成为了一种极为先进的交通工具。
与传统的轨道交通工具相比，磁悬浮列车拥有更高的速度、更多的功能以及更为先进的技术。
所以，对于磁悬浮列车的研究和探索已经成为当今学术研究的热点之一。
磁悬浮列车的动力学建模是研究磁悬浮系统的重要方法之一。
动力学建模是运用数学和物理学的方法分析系统运动的特征，目的是确定系统的动力学特性，从而导出系统的动态响应。
在磁悬浮列车领域，动力学建模的核心是悬浮系统和牵引系统的耦合分析，其主要方法是建立悬浮系统与车辆质量和气动特性的运动方程。
因此，磁悬浮列车的动力学建模和仿真分析是研究磁悬浮列车的一项重要任务。
在磁悬浮列车动力学建模的实践中，采用多种方法对磁悬浮列车的运动机理进行建模和仿真分析。
其中，最为常见的方法是采用有限元分析法和计算流体力学方法。
在有限元分析中，可以将车辆与轨道系统的耦合建模为二维或三维问题，并采用有限元方法进行建模和仿真。
而在计算流体力学方法的分析中，一般是采用CFD软件对列车的气动特性进行分析与仿真。
基于上述方法，我们可以对高速列车磁悬浮系统进行动力学建模与仿真。
在建立动力学模型之前，首先需要对磁悬浮列车的基本结构进行分析，以便建立适当的数学模型。
磁悬浮列车的基本结构包括悬浮系统、牵引系统和车身系统。
悬浮系统由电磁铁和永磁体组成，通过电磁原理实现车辆的悬浮；牵引系统则由电机、变频器或牵引变流器等组成，通过电力传动来实现车辆的前进；车身系统则包括车厢、车门等，其主要功能是载客和保障乘客安全。
在建立数学模型之后，需要进行仿真分析。
仿真分析的目的是对列车运动过程进行模拟，预测列车的响应特性和运动稳定性。
在仿真分析中，需要考虑诸多因素，包括列车速度、风阻力、悬浮系统的刚度和阻尼等。
此外，应当考虑车辆的运动特性和动态特性，如动力学特性、悬浮系统特性、牵引系统特性等。
在处理这些因素时，需要使用数学方法、物理量和能量守恒原理等基本理论分析列车的运动规律和性能特点。
磁悬浮列车控制系统研究与设计
磁悬浮列车控制系统研究与设计随着交通工具的不断发展，磁悬浮列车作为一项具有高速、高效和环保特点的交通技术，越来越受到人们的关注。
磁悬浮列车的运行离不开一个重要的组成部分，那就是控制系统。
本文将探讨磁悬浮列车控制系统的研究与设计。
磁悬浮列车的控制系统可以看作是它的"大脑"，它不仅负责列车的稳定运行，还能够监控各个部件的状态并做相应的调整。
在磁悬浮列车的控制系统中，有几个关键的部分需要着重考虑。
首先是车辆控制。
磁悬浮列车是通过磁力实现悬浮并在导轨上运行的，因此车辆控制是整个系统的核心。
磁悬浮列车的车辆控制主要包括悬浮力控制、加速度控制和制动控制。
悬浮力控制需要根据列车的负载和速度来自动调整，以使列车在不同工况下保持稳定的悬浮状态。
加速度控制则是根据乘客的需求来控制列车的加速和减速，以提供舒适的乘坐体验。
制动控制需要在列车停车时实现平稳的制动过程，以确保乘客的安全。
其次是调度控制。
随着磁悬浮列车的不断发展，线路的长度和车辆的数量都在增加，因此调度控制变得尤为重要。
调度控制涉及到列车的运行计划、车辆的编组和线路的优化等方面。
一个好的调度控制系统可以实现列车之间的精确和高效配对，避免拥堵和延误，并提供最佳的运输方案。
另外是能源管理控制。
磁悬浮列车是一种高速运输工具，能源的有效利用是其可持续发展的关键。
能源管理控制系统可以实时监测列车的能耗，并根据实际情况做出相应的调整。
例如，当列车处于高速运行状态时，可以降低能耗；当列车停车时，可以启动能源回收装置来将闲置的能量转化为可再利用的电能。
通过合理优化能源管理，可以降低列车的运营成本，并减少对环境的影响。
最后是安全控制。
磁悬浮列车高速运行，对安全性要求较高。
安全控制系统可以监测列车各个部件的状态，并在发生故障时采取相应的措施，例如紧急制动或关闭故障组件以确保列车的安全性。
此外，安全控制系统还可以通过与信号系统的协调，避免列车之间的冲突和碰撞。
磁悬浮列车牵引系统建模与控制策略研究
磁悬浮列车牵引系统建模与控制策略研究磁悬浮列车作为一种新型的高速交通运输方式，具有速度快、舒适安全等优势，因此引起了全球范围内的广泛关注。
其中，牵引系统作为一个核心组成部分，对磁悬浮列车的运行性能起着至关重要的作用。
因此，本文将着重探讨磁悬浮列车牵引系统的建模与控制策略的研究。
一、牵引系统的组成和功能磁悬浮列车的牵引系统包括电机、电子变流器、变压器、牵引导轮等部分。
其中，电机是牵引系统的主要组成部分，它依据供电系统输入的电压和电流，将电能转换为机械能输出给牵引导轮，从而实现列车行驶的动力源。
电子变流器则负责将平稳的直流电输入转换为交流电的输出，以便电机的正常工作。
在实现磁悬浮列车的运行过程中，主要包括启动、稳速、制动等操作。
在启动过程中，牵引系统负责将电机输出的力传递给牵引导轮，引导列车加速至设定的行驶速度。
而在稳速和制动操作中，牵引系统将力转化为电能，并通过电子变流器控制电机的输出来保持列车的稳定运行、或实现制动。
二、牵引系统的建模牵引系统的建模是指将系统的运动状态、控制规律以数学模型的形式表达出来。
在磁悬浮列车的牵引系统中，常用的建模方法有机械模型法和电子控制模型法。
机械模型法主要针对电机和牵引装置的运动状态建立动力学方程式，以分析牵引力的大小、方向及其对列车速度影响的规律。
这种建模方法的优点在于具有较好的物理意义和数学表达能力，能够准确描述列车运动的物理过程。
电子控制模型法则主要从电路和控制原理的角度，建立控制系统的数学模型，以分析系统输入与输出之间的关系。
这种建模方法的优点在于具有计算速度快、建模灵活等特点，能够对列车运行状态进行迅速的计算和调整。
三、牵引系统的控制策略研究牵引系统的控制策略是指依据系统的运动状态和控制规律，对列车的行驶过程进行监测和控制的方法和手段。
在磁悬浮列车的牵引系统中，常用的控制策略有速度控制、电流控制、位置控制等。
速度控制是指通过监测列车的实际速度与设定速度之间的误差大小，自动调整电机的输出转矩和电流，以实现列车速度的控制和维持稳定的运行状态。
磁悬浮系统建模及其PID控制器设计
《Mａtlab仿真技术》设计报告题目磁悬浮系统建模及其PID控制器设计专业班级电气工程及其自动化１1**班学号 2学生姓名 *＊指导教师＊*学院名称电气信息工程学院完成日期： 201４年 5 月 7 日磁悬浮系统建模及其ＰＩD控制器设计Magneｔｉc leｖｉtatiｏn systｅm bａｓe ｄon PＩD controｌlｅr sｉmulａtion摘要磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点,在能源、交通、航空航天、机械工业与生命科学等高科技领域有着广泛得应用背景。
随着磁悬浮技术得广泛应用,对磁悬浮系统得控制已成为首要问题。
本设计以PID 控制为原理,设计出PＩD控制器对磁悬浮系统进行控制。
在分析磁悬浮系统构成及工作原理得基础上,建立磁悬浮控制系统得数学模型，并以此为研究对象,设计了ＰID控制器,确定控制方案,运用MATＬAB软件进行仿真，得出较好得控制参数，并对磁悬浮控制系统进行实时控制，验证控制参数。
最后,本设计对以后研究工作得重点进行了思考，提出了自己得见解。
PＩD控制器自产生以来,一直就是工业生产过程中应用最广、也就是最成熟得控制器。
目前大多数工业控制器都就是PID控制器或其改进型。
尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现,但PID控制器还就是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点,处于主导地位。
关键字:磁悬浮系统;ＰID控制器;MＡTＬAB仿真一、磁悬浮技术简介1、概述:磁悬浮就是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮得平衡状态,磁悬浮瞧起来简单,但就是具体磁悬浮悬浮特性得实现却经历了一个漫长得岁月。
由于磁悬浮技术原理就是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体得典型得机电一体化高新技术。
伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料得发展与转子动力学得进一步得研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方面。
1900年初,美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营得若干猜想--也就就是磁悬浮得早期模型。
磁悬浮列车运行控制系统的设计与研究
磁悬浮列车运行控制系统的设计与研究磁悬浮列车，作为一种新型的交通工具，已经在国内外被广泛应用。
由于具有运行速度快、运行平稳等特点，磁悬浮列车被认为是未来高速公共交通的发展方向之一。
而作为磁悬浮列车的关键子系统之一，磁悬浮列车运行控制系统的设计和研究对磁悬浮列车的运行具有重要的影响。
一、磁悬浮列车运行控制系统的基本原理磁悬浮列车运行控制系统是通过调节电磁悬浮系统、线圈电流和牵引系统等参数实现对磁悬浮列车的运行控制。
电磁悬浮系统是磁悬浮列车的重要部分，其主要作用是实现车体和轨道之间的悬浮和导向。
牵引系统由动力电池、电动机、电子控制系统等部分组成，主要作用是提供行驶所需的动力。
二、磁悬浮列车运行控制系统的架构设计为了实现磁悬浮列车的高效、安全、舒适的运行，磁悬浮列车运行控制系统的架构设计非常重要。
其主要包括牵引系统、悬浮控制系统、线路信号处理系统等部分。
其中，牵引系统的主要作用是提供动力，悬浮控制系统的主要作用是实现车体和轨道之间的悬浮和导向，线路信号处理系统的主要作用是获取线路数据，进行数据处理和传输。
三、磁悬浮列车运行控制系统的控制策略磁悬浮列车运行控制系统的控制策略是实现运行控制的关键。
其主要包括控制器的设计和控制算法的设计。
控制器一般选择高性能的计算机，并采用实时操作系统，保证控制系统的稳定性和可靠性。
控制算法的设计涉及到数据采集与处理、状态估计和控制器设计等内容，需要结合磁悬浮列车的实际情况进行设计。
四、磁悬浮列车运行控制系统的仿真磁悬浮列车运行控制系统的仿真是验证控制系统的性能和可靠性的重要手段。
其主要包括建模、仿真和结果分析等步骤。
建模是指将磁悬浮列车分析为一组方程组，并将其转换为仿真程序。
仿真是通过计算机程序实现对磁悬浮列车运行控制系统的模拟。
结果分析是对仿真结果进行分析，评估磁悬浮列车运行控制系统的性能和可靠性。
五、磁悬浮列车运行控制系统的发展趋势磁悬浮列车运行控制系统是磁悬浮列车的重要组成部分，其发展趋势与磁悬浮列车的发展趋势密切相关。
基于solidworks的磁悬浮导轨磁悬浮导轨毕业设计
目录引言........................................................ - 1 -第1章绪论..................................................... - 2 -1.1 导轨简介 ................................................. - 2 -1.2精密工作台导轨发展和研究概况.............................. - 2 -1.3本论文研究目的与意义...................................... - 4 -第2章磁悬浮导轨总体结构设计................................... - 5 -2.1 前言 ..................................................... - 5 -2.2 磁悬浮导轨结构设计 ....................................... - 5 -2.2.1前言................................................ - 5 -2.2.2磁悬浮导轨工作原理 ................................. - 5 -2.2.3 导轨材料选择....................................... - 5 -2.3磁悬浮导轨方案选择........................................ - 7 -2.3.1各磁悬浮导轨方案介绍................................ - 7 -2.3.2 磁悬浮导轨方案选择................................. - 8 -第3章磁悬浮导轨各部件详细设计 .................................- 10 -3.1定导轨设计............................................... - 10 -3.1.1定导轨框架设计..................................... - 10 -3.1.2精度设计........................................... - 10 -3.2动导轨设计............................................... - 11 -3.2.1 动导轨结构设计.................................... - 11 -3.2.2 精度设计.......................................... - 11 -3.3 磁铁设计 ................................................ - 12 -3.3.1常用永磁材料....................................... - 12 -3.3.2各永磁材料特点..................................... - 12 -3.3.3永磁材料的选用..................................... - 14 -3.4 磁槽设计 ................................................ - 15 -3.4.1活动磁槽结构设计 .................................. - 15 -3.4.2活动磁槽料选用..................................... - 16 -3.5驱动系统选择与设计....................................... - 17 -3.5.1纳米电机简介与选择 ................................ - 17 -3.5.2柔性铰链结构设计与分析............................. - 19 -3.6载荷计算................................................. - 22 -3.6.1动导轨质量计算..................................... - 22 -3.6.2受力分析........................................... - 23 -3.6.3磁力计算........................................... - 23 -第4章磁悬浮导轨测试实验.......................................- 25 -4.1前言..................................................... - 25 -4.2 对磁悬浮导轨进行标定实验 ................................ - 25 -4.2.1导轨直线度测试..................................... - 25 -4.2.2导轨定位精度....................................... - 25 -4.3数据处理................................................. - 26 -第5章结论与展望...............................................- 27 -5.1 结论 .................................................... - 27 -5.2 展望 .................................................... - 27 -致谢............................................................- 28 -参考文献........................................................- 29 -附录A 附加图.............................................. - 30 -附录B 一篇引用的外文文献及其译文........................... - 32 -附录C主要参考文献摘要...................................... - 46 -摘要随着微机电系统(MEMS)及纳米技术的发展，对精密工作台的位移精度和动态特性等提出越来越高的要求。
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2010届毕业设计说明书磁悬浮控制系统建模及仿真系部：电气与信息工程系专业：电气自动化技术完成时间： 2010年5月目录1 绪论 (2)1.1 磁悬浮技术的发展与现状 (3)1.2 磁悬浮技术研究的意义 (3)1.3 磁悬浮的主要应用 (3)1.3.1 磁悬浮列车 (3)1.3.2 高速磁悬浮电机 (4)2 磁悬浮系统概述 (4)2.1 磁悬浮实验本体 (5)2.2 磁悬浮电控箱 (6)2.3 控制平台 (6)3 控制系统的数学描述 (7)3.1 控制系统数学模型的表示形式 (7)3.1.1 微分方程形式 (7)3.1.2 状态方程形式 (8)3.1.3 传递函数形式 (8)3.1.4 零极点增益形式 (9)3.1.5 部分分式形式 (9)3.2 控制系统建模的基本方法 (10)3.2.1 机理模型法 (10)3.2.2 统计模型法 (11)3.2.3 混合模型法 (11)3.2.4 控制系统模型选择 (12)3.3 控制系统的数学仿真实现 (12)4 MATLAB软件的介绍 (13)4.1 MATLAB简介 (13)4.2 Simulink概述 (13)4.3 Simulink用法 (14)5 磁悬浮系统基于MATLAB建模及仿真 (20)5.1 磁悬浮系统工作原理 (20)5.2 控制对象的运动方程 (21)5.3 系统的电磁力模型 (21)5.4 电磁铁中控制电压与电流的模型 (21)5.5 平衡时的边界条件 (23)5.6 系统数学模型 (23)5.7 系统物理参数 (23)5.8 Matlab下数学模型的建立 (24)5.9 开环系统仿真 (25)5.10 闭环系统仿真 (28)6 结束语 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)附A传感器实测参数 (35)1 绪论1.1 磁悬浮技术的发展与现状磁悬浮技术的发展始于上世纪，恩思霍斯发现了抗磁物体可以在磁场中自由悬浮，此现象于1939年由布鲁贝克进行了严格的理论证明。
以后的研究又证明，如果最小有一阶自由度受外部机械约束的话，强磁性物体可以用磁力悬浮于稳定平衡状态。
至此，磁悬浮理论己经发展得较为完善了。
但是它的实际应用研究直到最近二十年才广泛开展。
近年来，磁悬浮技术得到了迅速发展，并得到越来越广泛的应用。
从高速磁轴承到高速悬浮列车，以及大气隙的风洞磁悬浮模型，这些都是很有前途的应用领域。
由于现代科学技术的发展，如传感器、控制技术(尤其是数字控制技术)、低温和高温超导技术，使得磁悬浮技术迅速崛起，引起各国投入大量的人力、物力、进行研究开发。
1.2 磁悬浮技术研究的意义磁悬浮由于其无接触的特点，避免了物体之间的摩擦和磨损，能延长设备的使用寿命，改善设备的运行条什，因而在交通、冶金、机械、电器、材料等各个方面有着广阔的应用前景。
高速磁悬浮列车以其在技术、经济和环保方面的独特优势被认为是21世纪的交通工具的发展方向，德国和日本等国家在这方面己经取得了重要进展，磁悬浮列车技术开始走向实用阶段。
另外，在磁力轴承、磁悬浮天平、磁悬浮高速电机及相关技术应用也都得到了发展，国外己经开发出这类高技术的产品并且己经进入市场。
磁悬浮技术不仅在电气等工业领域得到厂泛应用，而且在生命科学领域也开始得到应用，充分显示了磁悬浮技术在国民经济发展和人们生活质量提高方面具有广阔的发展前景。
在我国，磁悬浮技术的研究是从80年代初开始的，日前已掌握了磁悬浮列车技术。
进行高速磁悬浮列车这类课题的研究耗资巨大，在日前国内情况下不能采取国外以试验为主的研究方法，主要从理论上进行研究，在此基础上进行模拟实验，为我国实际应用磁悬浮技术提供理论依据。
进行磁悬浮其它应用技术的研究，可以实现学科间的交叉、渗透，推动磁悬浮高技术产品的开发与应用，因此具有十分重要的理论意义和现实意义。
1.3 磁悬浮的主要应用1.3.1 磁悬浮列车磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。
常导磁悬浮列车可达400至500公里／小时，超导磁悬浮列车可达500至600公里／小时。
它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。
由于没有轮子、无摩擦等因素，它比目前最先进的高速火车省电30%。
在500公里／小时速度下，每座位／公里的能耗仅为飞机的1／3至1／2，比汽车也少耗能30%。
因无轮轨接触，震动小、舒适性好，对车辆和路轨的维修费用也大大减少。
磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的噪音很低。
它的磁场强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器。
由于采用电力驱动，避免了烧煤烧油给沿途带来的污染。
1.3.2 高速磁悬浮电机高速磁悬浮电机(Bearing less Motors)是近年提出的一个新研究方向。
它集磁悬浮轴承和电动机于一体，具有自悬浮和驱动能力，不需要任何独立的轴承支撑，且具有体积小、临界转速高等特点，更适合于超高速运行的场合，也适合于小型乃至超小型结构。
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。
其中感应型磁悬浮电机具有结构简单，成本低，可靠性高，气隙均匀，易于弱磁升速，是最有前途的方案之一。
传统的电机是由定子和转子组成，定子与转子之间通过机械轴承连接，在转子运动过程中存在机械摩擦，增加了转子的摩擦阻力，使运动部件磨损，产生机械振动和噪声，使运动部件发热，润滑剂性能变差，严重的会使电机气隙不均匀，绕组发热，温升增大，从而降低电机效能，最终缩短电机使用寿命。
磁悬浮电机利用定子和转子励磁磁场间“同性相斥，异性相吸”的原理使转子悬浮起来，同时产生推进力驱使转子在悬浮状态下运动。
磁悬浮电机的研究越来越受到重视，并有一些成功的报道。
如磁悬浮电机应用在生命科学领域，现在国外己研制成功的离心式和振动式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。
磁悬浮血泵的研究不仅为解除心血管病患者的疾苦，提高患者生活质量，而且为人类延续生命具有深远意义。
2 磁悬浮系统概述磁悬浮实验系统作为自动控制实验系统，可以满足工科院校的控制器件、自控原理、现代控制理论和控制系统课程设计的需求。
GML 磁悬浮实验系统是固高科技有限公司为全方位满足自动控制课程的教学需要而研制、开发的实验教学平台。
磁悬浮实验系统是研究磁悬浮技术的平台,它主要由电磁铁、位置敏感传感器、放大及补偿装置、数字控制器和控制对象钢球等元件组成。
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。
系统组成框图见图2.1。
图2.1 磁悬浮系统框图2.1 磁悬浮实验本体电磁铁绕组中通以一定的电流会产生电磁力,控制电磁铁绕组中的电流,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。
主要有以下电控箱控制平台 磁悬浮实验本体几个部分组成：如图2.2所示。
◆ 箱体◆ 电磁铁◆ 传感器◆ 激光发生器◆ 悬浮体2.2 磁悬浮电控箱 电控箱内安装有如下主要部件： ◆ 直流线性电源◆ 传感器后处理模块◆ 电磁铁驱动模块◆ 空气开关◆ 接触器◆ 开关、指示灯等电气元件 2.3 控制平台◆ 与IBM PC/AT 机兼容的PC 机，带PCI 总线插槽◆ PCI1711数据采集卡及其驱动程序◆ 演示实验软件图2.2 磁悬浮实验本体图3 控制系统的数学描述箱体电磁铁 传感器 激光发生器悬浮体描述控制系统数学模型在控制系统的研究中有着重要的地位。
要对系统进行仿真处理首先应当知道系统的数学模型,然后才可以对系统进行模拟.自动控制系统的种类繁多，为通过仿真手段进行分析和设计，首先需要用数学形式描述各类系统的运动规律，即建立他们的数学模型。
模型确定之后，还必须寻求合理的求解数学模型的方法，即数值算法，才能得到正确的仿真结果。
工业生产力的实际系统绝大多数是物理系统，系统中的变量都是一些具体的物理量，如电压、电流、压力、温度、速度、位移等等，这些物理量是随时间连续变化的，称之为连续系统；若系统中物理量是随时间断续变化的，如计算机控制、数字控制、采样控制等等，则称为离散（或采样）系统。
采用计算机仿真来分析和设计控制系统，首要问题就是建立合理地描述系统中各物理量变化的动力学方程，并根据仿真需要，抽象为不同表达形式的系统数学模型。
3.1 控制系统数学模型的表示形式在线性系统理论中,一般常用的数学模型形式有:微分方程模型、传递函数模型(系统的外部模型)、状态方程模型(系统的内部模型)、零极点增益模型和部分分式模型等。
这些模型之间都有着内在的联系，可以相互转换。
微分方程模型是控制系统模型的基础，一般来讲，利用机械学、电学、力学等物理规律，便可以得到控制系统的动态方程，这些方程对于线性定常连续系统而言是一种常系数的线性微分方程。
3.1.1 微分方程形式设线性定常系统输入、输出量是单变量，分别为u(t)、y(t),则两者见的关系总可以描述为线性常系数高阶微分方程形式()(1)1()0110n n m n n m a y a y a y a y b u b u --++++=++ 3.1式中，()j y 为y(t)的j 阶导数，()()j j j d y t y dt =，j=0,1,…，n ；()i u 为u(t)的i 阶导数，()()i i i d u t u dt=，i=0,1,…，m ；j a 为y(t)及其各阶的系数，j=0,1, …,n ；j b 为u(t)及其各阶导数的系数，i=0,1,…，m ；n 为系统输出变量导数的最高阶次；m 为系统输入变量导数的最高阶数，通常总有m ≤n 。
对式(3-1)的数学模型，可以用以下模型参数形式表征：输出系数向量[]01,,,n A a a a =，n+1维输入系数向量[]01,,,m B b b b =，m+1维输出变量导数阶次，n输入变量导数阶次，m有了这样一组模型参数，就可以简便地表达出一个连续系统的微分方程形式。
微分方程模型是连续控制其他数学模型表达形式的基础，以下所要讨论的模型表达形式都是以此为基础发展而来的。
3.1.2 状态方程形式当控制系统输入、输出为多变量时，可用向量分别表示U(t)、Y(t),由现代控制理论可知，总可以通过系统内部变量之间的转换设立状态向量X(t),将系统表达为状态方程形式()()()()()()X t AX t BU t Y t CX t DU t •⎧⎪=+⎨=+⎪⎩ 3.2 00()X t X = 为状态初始值已知，U(t)为输入向量（m 维）；Y （t ）为输出向量（r 维）；X(t)为状态向量（n 维）。