磁悬浮Arduino代码

折腾了几天终于把这个东西搞定了。看似简单，还是有一些小技巧的。

主要材料：

1.Arduino UNO主控

2.SS495线性霍尔采集位置信息

3.L298N驱动

4.直径12.7mm强磁球

5.电磁铁12V，线圈电阻10欧

主要参数：PID控制，采样周期1ms，PWM频率3921Hz，悬浮距离30mm，电流300mA

筷子版的，下面是一个磁体，上面是一个小铁块，中间是一截筷子。悬浮距离比较小，但是方便进行建模和控制理论分析。

磁球版，悬浮距离很大，不容易进行理论分析。

PC机监控程序。Matlab，能够自动滚屏

上海磁悬浮列车中英双版

上海磁悬浮列车 磁悬浮列车是一种利用磁极吸引力和排斥力的高科技交通工具。简单地说，排斥力使列车悬起来、吸引力让列车开动。磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进。列车头的电磁体（N极）被轨道上靠前一点的电磁体（S极）所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥——结果是一“推”一“拉”。磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙（一般为1—10cm），因此运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。磁悬浮列车的使用寿命可达35年，而普通轮轨列车只有20—25年。磁悬浮列车路轨的寿命是80年，普通路轨只有60年。此外，磁悬浮列车启动后39秒内即达到最高速度，目前的最高时速是552公里。据德国科学家预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后，时速将达1000公里。而一般轮轨列车的最高时速为350公里。 “常导型”磁悬浮列车 世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需6～7分钟。上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的吸力是车辆浮起来。 列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的吸引力与列车重力相互平衡，利用磁铁吸引力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。 悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。通俗说，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它于列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。 列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N 极，N极变成S极。循环交替，列车就向前奔驰。 稳定性由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。 “常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼?肯佩尔于1922年提出。 “常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”，“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。 上海磁悬浮列车时速430公里，一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧25米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米，肉眼观察几乎是一条直线；最小的半径也达1300米。

磁悬浮系统的PID控制

磁悬浮系统的PID控制

本科毕业设计（论文）题目: 磁悬浮系统的PID控制 姓名: 学号: 专业: 指导教师: 职称: 日期: 华科学院

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、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用背景。 本设计毕业设计在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立其数学模型，并以此为研究对象，设计了PID控制器，确定控制方案，运用MATLAB软件进行仿真研究，得出较好的控制参数。最后，本文对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解。 关键词：磁悬浮系统控制器MATLAB软件PID控制

Abstract Magnetic suspension technology, which has a series of advantages such as contact-free, no friction, no wear, no need of lubrication and long life expectancy, is widely concerned and adopted in high-tech areas such as energy, transportation, aerospace, industrial machinery and life science．On the basis of analyzing of magnetic suspension system’s structure and working principle, its system mathematical model was established, this thesis describe PID controller designed and get control scheme. It get the better control parmeters by MATLAB software simulation studies.The key research works for further study are proposed at last． Key Word：Magnetic Levitation Ball System Digital Controller MATLAB PID Control

中国磁悬浮列车原理

磁悬浮列车 1.磁悬浮技术的原理 磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。 2.磁悬浮技术的应用 国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。1988年召开了第一届国际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。1991年，美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应用的讨论会。现在，美国、法国、瑞士、日本和中国都在大力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。国际上的这些努力，推动了磁悬浮轴承在工业上的广泛应用。 国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室阶段，落后外国约20年。1986年，广州机床研究所与哈尔滨工业大学首先对“磁力轴承的开发及其在FMS中的应用”这一课题进行了研究。此后，清华大学、西安交通大学、天津大学、山东科技大学、南京航空航天大学等都在进行这方面的研究工作。 目前在工业上得到广泛应用的基本上都是传统的磁悬浮轴承(需要位置传感器的磁悬浮轴承)，这种轴承需要5个或10个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在，使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低，而且成本高、可靠性低。此外，由于传感器的价格较高，从而导致磁悬浮轴承的售价很高，大大限制了它在工业上的推广应用。 2009年8月，参观者在北京看磁悬浮列车轨道，北京城建设计研究总院的总工杨秀仁透露，北京正在做一条磁悬浮线的长期规划———通往门头沟的S1轨道线路正在筹划，计划采用中国自主研发的磁悬浮技术。而由北京控股磁悬浮技术发展有限公司和国防科技大学合作的中低速磁浮列车，是中国唯一具有完全自主知识产权的磁悬浮列车。 3.磁悬浮技术的前景 随着电子元件的集成化以及控制理论和转子动力学的发展，经过多年的研究工作，国内外对该项技术的研究都取得了很大的进展。但是不论是在理论还是在产品化的过程中，该项技术都存在很多的难题，其中磁悬浮列车的技术难题是悬浮与推进以及一套复杂的控制系统，它的实现需要运用电子技术、电磁器件、直线电机、机械结构、计算机、材料以及系统分析等方面的高技术成果。需要攻关的是组成系统的技术和实现工程化。 磁悬浮轴承面向电力工程的应用也具有广阔的前景，根据磁悬浮轴承的原理，研制大功率的磁悬浮轴承和飞轮储能系统以减少调峰时机组启停次数；进行以磁悬浮轴

浅谈磁悬浮技术及控制方法

浅谈磁悬浮技术及控制方法 11 浅谈磁悬浮技术 浅谈磁悬浮技术 及控制方法 及控制方法 演讲者孙振刚 时间com 电气工程教研室 电气工程教研室 2012-09-17 1 1 22

目录 目录 磁悬浮技术概述 磁悬浮技术概述 磁悬浮基本概念 磁悬浮基本概念 材料磁特性 材料磁特性 磁悬浮类别 磁悬浮类别 实例分析磁悬浮列车 实例分析磁悬浮列车

电磁悬浮系统的控制方法 电磁悬浮系统的控制方法 单点悬浮系统 单点悬浮系统 多点悬浮系统 多点悬浮系统 2012-09-17 2 2 33 一磁悬浮技术概述 一磁悬浮技术概述 1 基本概念 利用磁场力使物体沿着一个轴或几个轴保持一定

位置的技术措施 磁悬浮技术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的典型的机电 一体化高新技术 2012-09-17 3 3 44 2 材料磁特性 顺磁性 抗磁性 磁畴未磁化磁畴 磁化 2012-09-17 4 4

55 抗磁性 抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消 合磁矩为零但是当受到外加磁场作用时电子 轨道运动会发生变化而且在与外加磁场的相反 方向产生很小的合磁矩这样表示物质磁性的磁 化率便成为很小的负数量抗磁性是物质抗拒 外磁场的趋向因此会被磁场排斥所有物质 都具有抗磁性可是对于具有顺磁性的物质 顺磁性通常比较显著遮掩了抗磁性只有纯抗 磁性物质才能明显地被观测到抗磁性当外磁场 存在时抗磁性才会表现出来 2012-09-17 5

5 66 抗磁性 具有抗磁性的反磁性物质是Faraday在Earnshaw 提出理论之后几年发现的 1872年时Lord Kelvin指出反磁性物质不需要遵守Earnshaw的 理论因此反磁性物质可以在静磁场里浮起来 然而由基本的解释得知所有的物质都有反磁 性只是其磁性很小因此一直到1939年 Braunbek才成功的利用了足够强的磁场将小块 的石墨及铋磁浮了起来 2012-09-17 6 6

磁悬浮――中国飞速发展的标志

磁悬浮――中国飞速发展的标志 2017-07-02２００年前，磁悬浮列车，是个未知词语……１９２２年，磁悬浮列车，已经被人所提出……１９７２年，磁悬浮列车，终于问世……而如今，磁悬浮列车已经在中国的上海腾飞！这是每一个作为中国人、上海人引以为荣的！磁悬浮列车在中国上海的腾飞，意味着什么呢?虽然德国和日本已经先后建造出了磁悬浮列车，但在他们都没有做到一个事情——第一次把磁悬浮列车投入商业运营的国家，并不是别的国家，而是我们的上海。 那为什么我们能在这一耗资巨大的工程项目中放出那么一大笔的巨款呢？这就证明了中国在世界排行上的地位正在上升，中国的经济变化是难以想象得。 举个例子：据日本方面的统计，建造１公里就要大概花费６０亿日元，合人民币４．２亿，比新干线高２０％。 这么昂贵的价钱我们弹指一挥，那足以说明中国经济的繁荣富强和飞速发展吧！磁悬浮列车的出现，无疑就是在向世人宣告：又一个运输方式的革命时代即将来临，中国已经让世界交通发展史掀开瓦特发明蒸汽机和莱特兄弟发明飞机以来的又一崭新一页。 磁悬浮列车的显著特点——速度，是飞快的。 那眨眼间的功夫，一辆磁悬浮列车便从轨道上呼啸驶过。 每小时500多公里已经成为了令人惊叹的中国速度，它就像磁悬浮列车那样，在短短的20年内就由一个小城市魔术般地变成了一座

崭新的国际性大都市！对我们来说，XX年12月31日实在是一个值得铭记的日子。 磁悬浮列车让上海扬了名，也让中国吐了气。 "世界第一"的光环无论走到哪儿都是耀眼的。 曾经几时，中国在世界上可排在１００多位以后的，而今天的中国，已经立足在世界排行的前１０名，东方雄狮已在世界崛起了！作为中国人，上海人，这是值得骄傲自豪的！总之，磁悬浮列车在上海成为了一道新的风景线，它也拉动了上海乃至中国的发展，我坚信如今的中国己在世界的轨道上飞驰了！

磁悬浮原理及控制

magnetic suspension technique 本文介绍磁悬浮主轴系统的组成及工作原理，提出了一种在常规PID基础上的智能PID控制器的新型数字控制器设计。其核心部件是TI公司的TMS320LF2407A，设计了五自由度磁悬浮主轴系统的硬件总体框图。用C2000作为开发平台，设计在常规PID基础上的智能PID控制器。理论分析结果表明：这种智能PID控制器能实现更好控制效果，达到更高的控制精度要求。1 引言 主动磁悬浮轴承(AMB，以下简称磁轴承)是集众多门学科于一体的，最能体现机电一体化的产品。磁悬浮轴承与传统的轴承相比具有以下优点：无接触、无摩擦、高速度、高精度。传统轴承使用时间长后，磨损严重，必须更换，对油润滑的轴承使用寿命会延长、但时间久了不可避免会出现漏油情况，对环境造成影响，这一点对磁悬浮轴承就可以避免，它可以说是一种环保型的产品。而且磁轴承不仅具有研究意义，还具有很广阔的应用空间：航空航天、交通、医疗、机械加工等领域。国外已有不少应用实例。 磁悬浮轴承系统是由以下五部分组成：控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器。其中最为关键的部件就是控制器。控制器的性能基本上决定了整个磁悬浮轴承系统的性能。控制器的控制规律决定了磁轴承系统的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性。控制器又分为两种：模拟控制器和数字控制器。虽然国内目前广泛采用的模拟控制器虽然在一定程度上满足了系统的稳定性，但模拟控制器与数字控制器相比有以下不足：(一)调节不方便、(二)难以实现复杂的控制、(三)不能同时实现两个及两个以上自由度的控制、(四)互换性差，即不同的磁悬浮轴承必须有相对应的控制器、(五)功耗大、体积大等。磁轴承要得到广泛的应用，模拟控制器的在线调节性能差不能不说是其原因之一，因此，数字化方向是磁轴承的发展趋势。同时，要实现磁轴承系统的智能化，显然模拟控制器是难以满足这方面的要求。因此从提高磁轴承性能、可靠性、增强控制器的柔性和减小体积、功耗和今后往网络化、智能化方向发展等角度，必须实现控制器数字化。近三十年来控制理论得到飞速发展并取得了广泛应用。磁悬浮轴承控制器的控制规律研究在近些年也取得了显著的进展，目前国外涉及到的控制规律有：常规PID和PD控制、自适应控制、H∞控制等，国内涉及到的控制规律主要是常规PID及PD控制和H∞控制，但H∞控制成功应用于磁悬浮轴承系统中的相关信息还未见报道。 从当前国内外发展情况来看，国外的研究状况和产品化方面都领先国内很多年。国外已有专门的磁悬浮轴承公司和磁悬浮研究中心从事这方面的研发和应用方面工作，如SKF公司、NASA等。其中SKF公司的磁轴承的控制器所用控制规律为自适应控制，其产品适用的范围：承载力50～2500N、转速1,800～100,000r/min，工作温度低于220℃。NASA是美国航天局，他们开展磁悬浮研究已有几十年，主要用于航天上，研究领域包括火箭发动机和磁悬浮轨道推进系统(2002年9月已完成在磁悬浮轨道上加2g加速度下可使火箭的初始发射速度达到643～965km/h 。目前国内还没有一家磁悬浮轴承公司，要赶上国外磁悬浮轴承发展水平，必须加大人力、物力等方面的投入。国内对磁悬浮轴承控制器的控制规律研究起步较晚，当前使用较多的都是常规PID和PD控制，实际电路中也有使用PIDD的。控制精度相对来说不是很高，而且每个系统都必须对应相应的KP，KI，KD，调节起来很麻烦，使用者同样会觉得很不方便。为了使磁悬浮轴承产品化，必须解决上述问题，任何人都能很方便的使用，必须把它做成象“傻瓜型设备一样的产品”，这就得首先解决控制器的问题。解决此问题就是使控制器智能化。智能化的内容包括硬件的智能化和软件的智能化。本文仅讨论控制器在控制算法方面的智能化问题以及实现手段，可为最终解决磁悬浮轴承智能化奠定

磁悬浮轴承的技术进展及发展趋势

磁悬浮轴承的发展现状及应用研究 一、磁悬浮技术概述 磁悬浮，亦作磁浮，是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”，从而使物件不受引力束缚自由浮动，具有无接触、无摩擦、低能耗、低噪声、无需润滑、维护费用低、使用寿命长、高精度以及自动化程度高等优点。磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学等为一体的机电一体化综合性较强的高新技术，其研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统，此后，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家为提高交通运输能力以适应经济发展需要加快筹划磁悬浮运输系统的开发。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的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。至2012年世界上已有三种类型的磁悬浮，一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。第三种是中国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。 磁悬浮技术应用范围及其广泛，涉及工业、民用及军事各个领域，磁悬浮产品涵盖高速精密电主轴、磁悬浮飞轮电池、磁悬浮人工心脏泵，磁悬浮火车、卫星、远程导弹的制导与姿态控制，军事通讯用的UPS，航空发动机的高速转子，

潜艇的振动控制与传动噪音，坦克、装甲车的动力储能、磁悬浮冶炼、搬运技术等。当前，国内外对磁悬浮技术的研究热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。 二、磁悬浮轴承及其类型 磁悬浮轴承也称电磁轴承或磁力轴承，是利用磁场力将轴承无机械摩擦、无润滑的、悬浮在空间的一种新型高性能轴承，其作为一种新颖的支撑部件,是继油润滑、气润滑之后轴承行业的又一次革命性变化, 被誉为21世纪最有发展前景的高新技术之一。 磁悬浮轴承的原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线平行，转子的重量能够固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空，固定在特定运转轨道上。 按照磁力的提供方式，磁悬浮轴承可分为三大类 : （一）主动磁浮轴承 (Active Magnetic Bearing，简称 AMB)，轴承磁场是可控的，通过传感器检测转轴的位置，由控制系统对电磁铁电流进行主动控制来实现转轴的稳定悬浮。 （二）被动磁浮轴承 (Passive Magnetic Bearing，简称PMB)，轴承部分自由度由超导磁体或永磁体来实现被动悬浮支承。 （三）混合磁浮轴承 (Hybrid Magnetic Bearing，简称 HMB)，轴承的机械结构中既包含了可控的电磁铁，又包含了提供偏置磁场的超导磁体或永磁体。 同时，按磁场力的来源分类，可以分为永久磁铁型、电磁铁和永久磁铁混合型以及纯电磁铁型三种；按受控的自由

浅析2020年国产磁悬浮鼓风机最新发展现状

国产磁悬浮鼓风机最新发展现状 —2020年 磁悬浮鼓风机是利用磁悬浮高速永磁电动机直接驱动三元流叶轮，实现气体压缩排出的气体输送设备。从定义就可看出磁悬浮鼓风机设计到多个方面的学科，包括磁悬浮轴承技术、高速永磁电动机技术、三元流气动学技术以及材料工艺等多项核心技术，因此生产一台完美的磁悬浮鼓风机就必须掌握多学科技术，并进行最优的匹配才行。 早期国内应用的磁悬浮鼓风机都来自国外进口，价格昂贵，并且服务受制于人，运行成本巨大。随着国家对创新政策的支持，国内早期研究磁悬浮技术大专院校开始产业化，尤其是近几年国产磁悬浮鼓风机如雨后春笋，冒出很多品牌的磁悬浮鼓风机，包括国外目前所谓主流品牌的磁悬浮风机产品，也仅仅是整合零部件的系统集成产品，如轴承主要是SKF提供、传统变频器厂家提供驱动部分、高速电机外购集成、叶轮委托设计加工，质量参差不齐，长期服务困难，甚至有些只是个幌子，根本就没有实际产品。我个人认为目前国产磁悬浮鼓风机生产厂家大致可以分为四种类型：一是全自主型；二是东拼西凑型；三贴牌型；四是宣传造势型。下面就单独介绍一下四种类型企业大体概况和优缺点。 一、全面掌握核心技术，全自主型 磁悬浮鼓风机因涉及到磁悬浮轴承及控制技术、高速永磁电动机技术、高速变频驱动技术、三元流气动学技术四大磁悬浮鼓风机核技术，能够同时拥有多个高端技术并具有加工生产能力的企业，放眼全球少之又少。目前国内只有唯一一家，那就是清华大学创业团队创立的天津飞旋科技有限公司，该公司拥有毕业于清华大学自控系、机械系、电机系、流体力学系高端人才组成研发团队，经过长时间研发，推出国内全自主技术生产的磁悬浮鼓风机，其品牌为亿昇科技。因掌握多项核心科技，并将多项技术完美配合，生产出磁悬浮鼓风机效率最高获得国际领先水平，目前鼓风机产品在国内市场得到广泛应用，同时成功开发系列磁悬浮透平装备，磁悬浮透平真空泵、VPSA变压吸附风机、磁悬浮空气压缩机产品 等满足不同应用场景需求。这样公司具有以下优缺点： 优点：1、产品系列全，可以满足不同现场工况应用。

磁悬浮球控制系统的仿真研究

磁悬浮球控制系统的仿真研究 王玲玲，王宏，梁勇 (海军航空工程学院，山东烟台 264000) 作者简介：王玲玲(1984—)，女，硕士，讲师，主要从事控制技术研究。 本文引用格式：王玲玲，王宏，梁勇.磁悬浮球控制系统的仿真研究[J].兵器装备工程学报，2017(4):122-126. Citation：format:WANG Ling-ling, WANG Hong, LIANG Yong.Simulation and Research of Magnetic Levitation Ball Control System[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):122-126. 摘要：针对磁悬浮球系统的本质不稳定性，设计PID控制算法实现系统的稳定控制。建立磁悬浮球系统的动力学模型，并对其中的非线性部分进行平衡点处的线性化，采用根轨迹校正设计超前滞后控制器。最后采用PID控制设计，并使用根轨迹校正中零极点对系统性能影响的思想去调整PID参数，使系统的稳定性、动态性能和稳态性能满足要求。 关键词：磁悬浮球系统；PID；根轨迹法；校正 磁悬浮可以用于实现各种机械结构的高速、无摩擦运转，如高速磁悬浮列车、高速磁悬浮电机、磁悬浮轴承等。尽管磁悬浮的应用领域繁多，系统形式和结构各不相同，但究其本质都具有本质非线性、不确定性、开环不确定性等特征。这些特征增加了对其控制的难度，也正是由于磁悬浮的这些特性，使其更加具有研究价值和意义。本文针对磁悬浮球系统，研究其稳定控制，并使其性能指标满足要求。 1 磁悬浮球控制系统的基本原理 磁悬浮球控制系统主要由铁芯、线圈、光电源、位置传感器、放大及补偿装置、数字控制器和控制对象钢球等部件组成[1]，如图1所示。 当电磁铁上的线圈绕组通电时，位于磁场中的刚体受到电磁力的吸引作用。当产生的电磁力与球体的重力相等时，球体悬浮于空中，处于不稳定的平衡状态，当它受到外界扰动时，易失去平衡。因此，为了使系统稳定，就必须加上反馈环节，实现闭环控制，并设计控制算法，使稳定后的性能满足要求。

磁悬浮空调在中国发展情况

磁悬浮空调在中国发展情况 1.冷淡期 在2005年，MULTISTACK捷丰将磁悬浮中央空调引入中国市场，但是反响却十分平淡，随后一段时间，磁悬浮空调几乎从人们的视野中消失。主要的原因有三点： 1.在当时，IPLV的概念并没有被中国市场所接受，客户们依然按照能效等级，严格地筛选产品； 2.其次，接踵而来的经济危机，严重打击了业主投资的兴趣及信心； 3.政府的政策导向十分不明显，虽然节能减排是我国的基本国策，但遗憾的很长一段时间内，节能减排只是数字游戏，并没有彻底落实到实处。 2、快速发展 在2010年间，磁悬浮中央空调蓬勃发展，在华东和华南区域，磁悬浮中央空调厂商接连成立，项目应用逐渐增多，这时期主要的刺激条件有三点： 1. Danfoss为了开拓中国市场，在这一时间段投入了较大的精力推广，同时，Danfoss提供技术参数，扶植了一批OEM，成为市场的先导； 2.政府政策指向性明确，为了刺激节能减排政策的落实，国家出台了许多规定，其中最为利好的即是合同能源管理项目申报补贴制度以及节能产品购买补贴制度，另外，十三五规划的出台，对能源节约提出了硬性指标，空调系统作为能耗大户，企业采用最先进节能的磁悬浮空调技术无疑是给空调节能改造提供了最适合的产品来实现节能减排指标。 3.经济形势的好转以及学术界的支持发挥了相当大的作用。在这一时间段，学术界对于IPLV的讨论、对于大型公建项目的研究为高效产品的发展提供了理论基础。于2017年1月1日执行的《冷水机组能效限定值及能源效率等级》，对空调主

机产品的能效等级判定指标进行了修定，由COP考核改为COP和综合部分负荷性能系数IPLV考核，而且对能效等级的指标规定值进行了修改,对空调主机的能效要求更高了。新冷水机组能效GB的推出，说明国家对冷水机组主机的能效考核开始真正考虑空调主机的实际运行工况，也就是说在满负荷以及部分负荷时都节能的空调才是真正意义上的节能空调。而部分负荷运行时的低效率正是目前传统中央空调的弊端。 其结果是显而易见的，到13年底，中国市场内存在十余个磁悬浮中央空调品牌，各自均有自己的目标市场及技术特点。同时，磁悬浮的应用案例不断增多，越来越具有说服力。 3.市场依然疲软 磁悬浮中央空调似乎迎来了发展的春天。然而，就目前的情况来看，市场依旧疲软，并没有出现市场份额的明显上升，究其原因，无外乎以下几点： 1)没有核心竞争力：国内的OEM厂商们依靠压缩机供应商的技术支持打开了门面，但是在机组控制、工业设计等方面还是要落后于境外厂家，并且没有品牌认知度。举例而言，Turbocor每年会对核心的合作伙伴的技术研发，销售能力以及售后服务等综合因素进行评分目前，一共有三个等级的合作“白金”“黄金”“银级”，而国内品牌尚没有出现其中，而境外品牌如MULTISTACK属于DANFOSS的白金合作伙伴。 2)政府政策变化：如今的合同能源管理市场日趋规范化，资金平台对于投资回报率要求越来越苛刻，检测平台对于节能数据的考量也越来越专业，这需要大批的专业人员来完善产业链条。 3)外部竞争恶化：长期以来，中国的中央空调市场被传统的四大家所占据，经过

PID控制器设计磁悬浮小球控制系统

MATLAB课程设计 课程名称：采用PID控制器设计磁悬浮小球控制系统 学院：电气工程学院 学号：P101813409 姓名：徐敏敏 班级：10级自动化一班 指导教师：杨成慧老师

目录 摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 2.系统分析与设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 2.1系统建模及仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2建立磁悬浮小球系统框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.3 PID控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.4 仿真结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 2.5 总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 2.6 答谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

摘要： 本文通过对一个磁悬浮小球的分析，简单的描述了磁悬浮列车的原理。控制要求通过调节电流使小球的位置始终保持在平衡位置。通过对磁悬浮小球系统进行数学建模，求出它的系统传递函数，采用PID算法设计调节器，对小球的稳定性进行了分析和仿真，在MATLAB平台仿真获得适当的PID参数范围，进行频域分析，使得磁悬浮小球系统处在平衡状态，在仿真过程中对PI,PD,及PID三种方式进行了比较和分析，对其加入扰动信号，即正弦扰动信号，观察输出波形，对扰动进行分析。本文通过对磁悬浮小球系统的分析，体现了MATLAB的强大功能，突出了它在运算以及作图仿真方面的优势。 关键字： MATLAB, PID控制器, 磁悬浮小球系统，稳定性 1.引言 磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒

磁悬浮系统建模及其PID控制器设计说明

《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 7 学生 ** 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 based on 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、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用背景。 随着磁悬浮技术的广泛应用，对磁悬浮系统的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的基础上，建立磁悬浮控制系统的数学模型，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，得出较好的控制参数，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的重点进行了思考，提出了自己的见解。 PID控制器自产生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器。目前大多数工业控制器都是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： 磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月。由于磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的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的发展和转子动力学的进一步的研究，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的若干猜想--也就是磁悬浮的早期模型。并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。然而，当时由于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段，未提出一个切实可行的办法来实现这一目标。 1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念，同时指出：单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。 1934年，德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。 在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。 1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统。 1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 2009年时，国外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。 2. 磁悬浮技术的应用及展望 20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车试验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车模型，以后命名为TR01型，该车在1km 轨道上的时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。在制造磁悬浮列车的

磁悬浮交通技术在我国的发展

科技信息 1.国内研究水平概述 目前，中国对磁悬浮铁路技术的研究已经有了一定的积累。经过中国铁道科学研究院、西南交大、国防科大、中科院电工所等单位对常导低速磁悬浮列车的悬浮、导向、推进等关键技术的基础性研究，已对低速常导磁悬浮技术有了一定认识，初步掌握了常导低速磁悬浮稳定悬浮的控制技术。国防科技大学于1989年12月，研制成功我国第一台小型磁悬浮原理样车并于1995年首次在国内成功实现了全尺寸单转向架的载人运行[1]。继1994年西南交大成功地进行了4个座位、自重4吨、悬浮高度为8毫米、时速为30公里的磁悬浮列车试验之后，由铁科院主持、长春客车厂、中科院电工所、国防科技大学参加，共同研制的长为6.5米、宽为3米、自重4吨、内设15个座位的6吨单转向架磁悬浮试验车在铁科院环行试验线的轨距为2米、长36米、设计时速为100公里的室内磁悬浮实验线路上成功地进行了试验，并于1998年12月通过了铁道部科技成果鉴定。6吨单转向架磁悬浮试验车的研制成功，为低速常导磁悬浮列车的研究提供了技术基础，填补了我国在磁悬浮列车技术领域的空白[2]。 1999年，北京控股磁悬浮技术发展有限公司与国防科技大学合作，开始研究建造我国第一条中低速磁悬浮列车试验线。国防科技大学与铁道第三勘测设计院、北京铁路工程总公司、宝鸡桥梁厂和房山桥梁厂等单位联合，建成了我国第一条磁悬浮列车试验线；与株洲电力机车研究所、常州长江客车集团、上海飞机制造厂、上海飞机研究所、中科院电工所等单位联合设计建造了我国第一辆中低速磁悬浮列车。在历时3年的技术攻关和紧张施工中，国内10多家科研单位和企业密切合作，奋力攻关，先后在悬浮控制、直线推进、运行控制、信号检测、车辆结构、轨道设计等关键技术及工程化实现等方面取得了一系列重大突破，使我国磁悬浮列车研究与开发跻身世界先进行列，成为继德国、日本之后少数能研制和开发磁悬浮列车的国家。 2.磁悬浮线路 磁浮线路承担着引导列车前进方向，同时承受列车荷载并将之传至地基的作用。线路上部结构一般为包括精密焊接的钢结构或钢筋混凝土结构的支承梁，下部结构为钢筋混凝土支墩和基础(相当于传统轮轨铁路的桥梁下部结构)。支承梁本身在力学性质上与传统土木工程简支梁桥或连续梁桥相同，由于其上需安装磁浮系统的定子线圈和铁芯，因此制造和施工精度要求较高。从轨道交通的意义上说，支承梁的作用相当于传统铁路的钢轨。 由于磁浮列车一般设计成与线路抱合，磁浮铁路的线路必须具有一定的高度，并采用梁式结构，可以高架起来，也可以根据地形直接将梁固定在基础上(此时无支墩，称为低置线路)。在桥梁和隧道地段，是在完成桥隧基本结构的基础上，用低置线路的方式将支承梁固定在初级支承结构上。 磁悬浮铁路系统在一定程度上仍保留着传统轮轨体系的一些特征，比如车辆的转向架和悬挂系统，线路的轨道、道岔和弯道，列车的牵引和控制等等，由此可见车辆—轨道关系仍然是磁悬浮铁路系统的重要组成部分。 由于磁悬浮车的工作原理不同，其对应的线路标准和轨道结构型式也随之不同，如德国EMS系统、日本EDS系统以及HSST系统的线路设计标准上都有很大区别。一般而言，高速磁浮交通系统对线路的要求要高于低速磁浮交通系统。在上海磁悬浮运营示范线采用的是德国高速常导型磁悬浮技术，其主要特点如下[3]： 2.1结构物截面的刚度要求 常导型磁悬浮体系的磁浮气隙为8～10mm，车辆和线路构成了一个耦合振动体系。又因为出于美观和经济上的考虑，人们致力于按照现代轻型结构方法，选择特别节省成本的线路结构，所以为保证行驶安全和乘坐舒适性，必须对结构物的刚度进行严格要求，例如要求控制高架线路简支梁的设计挠度比为1/4000[4]，即当跨度为25m时，允许挠度约为6mm。 2.2大量采用高架结构 车辆包在线路外面的防脱轨体系对支承梁的高度提出了要求，加上对环境环保的要求，磁悬浮线路一般采用高架结构。 2.3道岔结构 与常规轮轨系统相比较，磁悬浮系统的道岔系统对电气控制和动力学特性提出了更高的要求，一般采用钢梁+液压传动的形式，德国与日本在这方面已有一定研究，但需要进一步的实践检验。 2.4电气设备的安装 德国TR型磁悬浮列车的驱动采用长定子直线感应电机，这种电机需要沿线路铺设大量导电线圈，在结构物的截面上也要预留相应位置。 3.磁悬浮车辆线路耦合动力学 当磁浮列车磁悬浮车辆高速运行时，轨道梁将产生明显的变形与振动，为了保证车辆可靠运行和轨道结构的稳定性，磁悬浮工程对轨道的振动和变形控制提出了极高的要求。由于车辆和轨道的振动耦合，在某些特定速度区段，存在车辆和轨道结构共振的危险性。因此磁悬浮轨道梁在车辆荷载作用下的振动特性研究对磁悬浮系统的安全运行具有重要的实用意义，也是国内外学者所关注的一个问题。从上个世纪六七十年代开始，德国的Reinhold Meisinger[4]，美国的Cai和Chen[5]等人都对磁悬浮列车—轨道梁的动力耦合问题做出了探讨,其中很多理论还得到了实际工程的应用和检验。近年来，由于磁悬浮轨道技术在我国的应用和发展前景，方明霞[6]、谢云德[7]等人对磁浮耦合振动力学各个方面的问题做出了有益的探讨。 就目前的研究成果看来，在磁悬浮系统的耦合动力分析模型的建立上主要存在两种方法：一种是从电磁力和最优主动控制关系入手，致力于建立起完善的磁悬浮车辆—轨道梁力学分析模型，这方面的研究以国外的Reinhold Meisinger[4],E.Gottzein[8]等人为代表。但由于技术保密的原因，一些具体技术细节(特别是涉及到车辆主动控制这一块)难以获知；我国的方明霞[6]、谢云德[7]等人也对列车悬浮力的理论计算和主动控制对列车—轨道动力耦合作用所产生的影响进行了一定深度的探讨，但由于缺乏对实际工程的针对性和相关实验的支持，上述这些研究距离与实用尚存在一定距离。 4.磁浮研究中尚未解决的大跨度轨道问题 随着磁悬浮交通系统在我国的发展，磁悬浮线路不可避免地要遇到跨越河谷与城市主要道路的问题，这是德国Emsland试验线未遇到的，因而德国在这方面并无太多可用技术，日本等国家也缺乏这方面的技术与经验。从上海线建设中引进的德国技术及自主开发技术来看，现有轨道梁的跨度能跨越较小的障碍(跨度不超过25m)，但不能满足跨越河谷与城市主要道路的需要。 参考文献 ［1］王天录,吴锦青.我国磁悬浮铁路的发展概况［J］.电气化铁道，2002,(2),38-41. ［2］贾素红.高速磁悬浮铁路轨道梁的合理结构型式研究［D］.2003. ［3］刘华清等编译.德国磁悬浮列车Transrapid［M］.成都:电子科技大学出版社,1995,13-17. ［4］Reinhold Meisinger.Control systems for flexible maglev vehicles riding over flexible guideways［C］.Proceedings of IUTAM Symposium，1975August18-22. ［5］Y.Cai,S.S.Chen,D.M.Rote,H.T.Coffey.Vehicle/guideway dy-namic interaction in maglev systems.Transactions of the ASME［J］.Journal of Dynamic Systems,Measurement and Control，1996,vol.118(3),526-530. ［6］方明霞,屠涓,冯奇等.弹性车行道上磁悬浮列车系统的动力学研究［J］.噪声与振动控制，2001,vol.6,23-26. ［7］谢云德,常文森.电磁型磁浮列车单铁力的计算及运动稳定性和可控性研究［J］.铁道学报，1995,17(1),41-48. ［8］E.Gottzein,K.H.Brock.Control aspects of a tracked magnetic levi-tation high speed test vehicle［J］.Automatica，1977,13,205-223. 磁悬浮交通技术在我国的发展 巴特勒（上海）有限公司季国庆 ［摘要］本文阐述了磁悬浮交通技术在我国的研究水平，分析了上海磁悬浮运营示范线路的特点，归纳总结了磁悬浮系统的耦合动力的分析模型，并提出了磁浮研究中尚未解决的大跨度轨道问题。 ［关键词］磁悬浮耦合动力线路 — —350

高速磁悬浮铁路的争议

专业知识分享版 使命：加速中国职业化进程 京沪高速铁路项目的前期准备新世纪之初的1月1日，经济日报列举我国6项世纪工程：京沪高速铁路是其中之一。 修建京沪高速铁路，是沿线社会、经济发展的迫切需要。这一项目的前期研究工作已进行了近10年。国家有关机构和科研院所以及世界银行，对京沪高速铁路的可行性、主要技术方案及成本效益，组织过多项专题研究。围绕项目开设的近3 00项攻关课题多已取得成果，为设计、评估和立项提供了科学依据。 与此同时，铁道部开展了勘测设计工作，并已完成初步设计。我国在高速铁路方面，已有较充分的技术储备和潜力，只需进一步引进、消化吸收少量国外高速铁路的设备、技术和部分关键零部件，就具备了建设具有大量自主知识产权装备的京沪高速铁路条件。 1996年和1997年，铁道部先后向国务院和国家计委上报了预可行性研究情况报告和项目建议书。计划2000年立项，2008年建成。 据测算，京沪高速铁路工程总造价将达到1000亿元人民币，设计平均时速为250公里(最高时速350公里)，列车间隔设定为4分钟，每天110-120对，一列车可载客1000-1200人，每天运送22万人次。全线票价将为飞机票价的50%到60％。如果中途不停靠，运行时间将从原来的14个小时缩短到5个小时，与乘飞机相去不远。加上高速列车的安全性有口皆碑，因此应该说“新干线”具有相当的竞争力。铁路部门当时估计，京沪“新干线”将在1 5年内收回全部投资。 自1998年9月起，中国国际工程咨询公司受国家计委委托，对京沪高速铁路项目进行了评估，并对可行性报告作了肯定的评价。 京沪线的“轮轨”方案和“磁悬浮”方案之争 就在项目等待最后拍板的时侯，1998年6月，中科院何祚庥、徐冠华和严陆光三位院士对京沪高速铁路项目提出了截然不同的观点，主张以时速500公里左右的“磁悬浮”列车取代“轮轨”列车，认为中国目前还没有建设高速铁路，航空客运和高速公路也处于初期发展阶段，交通结构调整的代价远比发达国家小，因而可以“实现技术跨越”，将高速磁悬浮列车系统作为中国有轨交通首选方案。一场持续两年的大辩论由此展开。 为此，中国工程院，中国国际咨询公司都组织了论证，并去德国和日本考察，共同的结论是：高速磁悬浮系统目前尚不具备工程的可行性，也不适应京沪线的客流特点，京沪高速铁路宜采用轮轨技术系统。 但是磁悬浮方案并没有就此搁置。经国务院有关部门同意，在上海先建设一条高速磁悬浮示范运营线。“2000年3月，科技部高新技术发展与产业化司和德