1. 磁悬浮系统介绍

1.1 磁悬浮实验系统组成

    磁悬浮球控制系统是研究磁悬浮技术的平台，它是一个典型的吸浮式悬浮系统。系统包括：磁悬浮实验装置，检测和驱动装置，控制计算机等，本设计采样固高科技公司的设备平台，利用ADI公司的ADuC7026计算机代替RTW环境设计了一套控制系统。系统结构图如下图：

 图1.1 磁悬浮实验系统结构图

 电磁铁绕组中通以一定的电流会产生电磁力F，控制电磁铁绕组中的电流，使电磁力F与钢球的重力相平衡, 从而保持钢球处于空中悬浮平衡状态。

要稳定此平衡系统，使其具有一定的抗干扰能力，必须采用闭环控制。系统中用光源和光电位置传感器组成的无接触测量装置可检测钢球与电磁铁之间的距离x变化，将电磁铁中控制电流的大小作为磁悬浮控制对象的输入量。

1.2 磁悬浮实验装置构造

    磁悬浮实验装置主要由光源、电磁铁、光电位置传感器、电源、放大及补偿装置、数据采集卡和控制对象(钢球)等元件组成。它是一个典型的吸浮式悬浮系统。实验装置组成框图如下。

 图示1.2 磁悬浮实验装置组成结构图

 1.3 磁悬浮系统的特性

磁悬浮系统的本质特性如下：

本质非线性特征，表明磁悬浮是一个典型的非线性复杂系统。

不确定性，表明其模型误差和电磁干扰。

开环不稳定性，表明轻微的干扰即可破坏平衡状态。

 1.4 光电位置传感器分析

硅光电池在不同光照射条件下输出不同的光电流和光生电压，由图1.3可知，短路电流（曲线2）和照度成线性关系，实际使用时让其在接近短路状态下工作。

1.5 光电位置传感器分析

硅光电池在不同光照射条件下输出不同的光电流和光生电压，由图1.3可知，短路电流（曲线2）和照度成线性关系，实际使用时让其在接近短路状态下工作。

 图1.3硅光电池光照特性曲线

1.5 传感器装置及后处理电路

传感器实验装置示意如下图1.5所示：

 图1.5传感器实验装置系统示意图

磁悬浮球系统所采用的数据采集系统（ADC）最大输入电压为2.5V。在输出级适当调节分压，y为传感器输出电压，经过标定后得如下公式。

 此方程即为传感器的工作曲线方程，亦即控制系统建模的理论公式，传感器的行程为28mm，小球平衡位置可以依据具体实验情况调整确定。

 2. 磁悬浮物理模型建模与控制器设计