磁悬浮球系统的网络化控制研究

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磁悬浮系统是一个复杂的非线形、自然不稳定系统,同时又是非最小相位系统,其研究涉及控制理论、电磁场理论、电力电子技术、数字信号处理以及计算机科学等众多领域。在控制过程中,它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题,是检验各种控制理论的理想模型。 网络控制系统综合了计算机网络,计算机通信和自动控制等多方面技术,具有很多优点,近几年来在工业控制领域、楼宇自动化和家庭自动化等方面得到了广泛的应用。同时,网络控制系统也带来了许多问题,包括时延问题、数据包丢失问题、单包多包传输问题等,所以网络控制系统的研究在理论和实际应用方面都有重要的意义,是当前研究热点之一。 本文主要研究磁悬浮球系统的单机实时控制方法和网络实时控制方法,并建立了一个以磁悬浮球为被控对象的网络控制系统实验平台。 首先分析了磁悬浮球系统的工作原理,建立了系统的数学模型和线性化模型,并在此基础上利用MATLAB软件的Simulink仿真工具箱对模型进行了仿真。 然后介绍了MATLAB的RTW的工作原理以及环境配置方法,并利用MATLAB/RTW实现了磁悬浮球系统的单机实时控制,并成功实现了磁悬浮球系统的位置控制和跟踪控制稳定悬浮。 接着介绍了使用xPC Target建立磁悬浮球网络遥控系统的方法,成功实现了磁悬浮球系统的网络遥控的稳定悬浮,并开发了在xPC Target实时内核环境中的第三方设备驱动程序,为用户灵活地使用该实验平台提供了一条途径。此平台提供了通过网络进行实验的功能。 在利用xPC Target环境进行控制的基础上,利用UDP协议进行网络数据传送,建立了磁悬浮球系统网络控制平台,实现了磁悬浮球的短暂悬浮,并指出了该平台具有的重要作用,为今后的实验开发以及理论研究提供了一个事半功倍的工具。 最后,论文对优化该平台性能,丰富该平台功能作出了展望。
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