基于dSPACE的单自由度磁悬浮平台快速控制原型研究

磁悬浮运动是一种非接触式的新型运动方式,具有无摩擦、无磨损、寿命长、行程大、功耗低等优点。广泛应用于超洁净、超精密定位运动装备中。但悬浮技术具有强非线性、耦合特性等非线性特性,且涉及到电磁学、机械学、控制理论和计算机科学等众多高新技术。实现高精密磁悬浮运动是非常困难的。其中主要难点在电磁力的精确建模和控制方面。本文就以此为出发点开展了相关的研究：对磁悬浮系统进行综合分析,建立单自由度磁悬浮系统；通过考虑气隙边缘效应,铁心磁阻效应及漏磁通等非线性因素,建立起该系统中电磁力的精确模型；运用先进的dSPACE系统,进行磁悬浮平台的快速控制原型研究。 本文首先阐述了磁悬浮平台技术研究发展现状及意义,然后以单自由度磁悬浮运动平台为研究对象,对电磁铁电磁力精确数学模型进行推导,其次,依据动力学原理,建立起磁悬浮系统模型。最后,引入了一种新型的控制器开发工具——dSPACE系统,借助它的实时仿真功能,可以对磁悬浮平台的控制系统进行快速原型化研究。 磁悬浮平台控制系统的设计关系到磁悬浮系统是否能稳定悬浮和达到系统各项性能指标。磁悬浮系统是强非线性系统,其控制系统设计尤其复杂。在详细分析系统模型之后,设计了系统的PID控制和相关的辅助电路,并运用MATLAB/Simulink进行离线仿真,通过离线仿真,对控制方法和参数进行优化,使输出特性尽可能好,为实时仿真做好准备。最后,由离线仿真过渡到实时仿真,在实时仿真中运用dSPACE系统,将硬件接口关系代替Simulink中的逻辑连接关系,用实物代替抽象出来的数学模型。利用ControlDesk设计实验文件和动画界面,以便于实验的观察、数据的保存和在线调参。 经过调试,实现了磁悬浮平台的稳定悬浮,悬浮各项指标基本满足设计要求。通过实验,证明所建立的系统模型和快速控制原型设计的正确与可行,为后续的进一步研究提供了重要地参考价值。