State-Space-Design und Bau eines magnetischen Aufhängungssystems: Aktuelle Schulnachrichten

State-Space-Design und Konstruktion eines magnetischen Aufhängungssystems

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– State-Space-Design und Konstruktion eines magnetischen Aufhängungssystems –

ABSTRACT

Der Zustandsraum wird im Design von a . verwendet Magnetisch Federungssystem, bei dem ein Controller mit dem Ziel entwickelt wurde, das System stabil zu machen und Bereitstellung die Performance Spezifikationen of sich niederlassen Zeit kleiner oder gleich 0.5 Sekunden, Maximal Überschwingen kleiner oder gleich 5 Prozent und Steady-State fehlerfrei oder gleich 1 Prozent.
Es wurde ein Referenzeingang eingeführt, der hilft, den stationären Fehler ab einem Wert von etwa 100 % gleich Null zu machen. Auch wird ein Beobachter entworfen, der die Zustandsgröße, die nicht sein kann, schätzen kann gemessen.
Der entworfene Regler hatte eine Verstärkung von 9.6, die verwendet wurde, um die Verstärkung der Leistung zu bestimmen Verstärker im System verwendet.
Das entworfene Regler verursachte das Überschwingen und sich niederlassen Zeit von undefinierten Werten auf 4.1% bzw. 0.22 Sekunden zu reduzieren, was den Leistungsspezifikationen entsprach.
Der Beobachter ermöglichte es auch, die Konvergenz der Ist- und Schätzwerte der Zustandsgrößen in weniger als 0.5 Sekunden zu beobachten. Prototyp des magnetischen Suspension System konstruiert und das System war in der Lage, eine Kugel mit einer Masse von 28 g in einem Abstand von 1.2 cm unter der Spule aufzuhängen.

INHALTSVERZEICHNIS

Titelseite i
Erklärung ii
Zertifizierung iii
Hingabe iv
Danksagung v
Inhaltsverzeichnis v
Abbildungsverzeichnis ix
Liste der Tabellen xi
Symbole und Abkürzung xii
Zusammenfassung xiii
KAPITEL XNUMX: Allgemeine Einführung

  • Einleitung 1
  • Hintergrundinformationen 1
  • Motivation 2
  • Erklärung des Problems 3
  • Ziel und Aufgaben 4
  • Bedeutung der Studien 4
  • Überblick über die Abschlussarbeit 4

KAPITEL ZWEI: Literaturübersicht und theoretischer Hintergrund

  • Einleitung 6
  • Rückblick auf vergangene Arbeiten im Bereich 6
  • Theoretischer Hintergrund 8
    • Geben Sie 8 an
    • Zustandsvariablen 8
    • Zustandsvektor 8
    • Zustandsraum 9
    • Zustandsraumgleichung 9
    • Die mathematische Beziehung zwischen magnetischer Flussdichte (B) und Temperatur 9
  • Die magnetische Flussdichte auf der Achse einer kreisförmigen Spule 10
  • Bestimmung der Sprungantwort 12
    • Maximales Overshot 13
    • Einschwingzeit 13

2.2.8.3 Steady State Error (SSE) 13
KAPITEL XNUMX: Methodik

  • Einleitung 14
  • Entwicklung des mathematischen Modells 18
  • State-Space-Modell 22
  • Kontrollierbarkeit und Beobachtbarkeit 26

3,4,1 Kontrollierbarkeit 26
3.4.2 Beobachtbarkeit 26

  • Controller-Design mit Polplatzierung 27
    • Leistungsspezifikation und Systemreaktion 28
  • Der Referenzeingang 35
  • Beobachterdesign 37
  • Systemblockdiagramm 39
  • Design des Infrarotstrahlers 39
  • Aufbau des Signaldetektors 40
  • Design des Komparators 41
  • Design des Kompensators 42
  • Aufbau des Ausgangsverstärkers 43
  • Aufbau von Spulentreiber und Elektromagnet 44
  • Aufbau der Gleichstromversorgung 45
  • Aufbau eines einstellbaren Gleichstromnetzteils 46
  • Implementierung des Designed Controllers 47
  • Temporärer Bau der Schaltung auf Steckbrett 48
  • Permanenter Bau der Schaltung auf Veroboard 49
  • Design des Gehäuses 49

KAPITEL VIER: Leistungsbewertung, Ergebnisse und Analyse

  • Einleitung 50
  • Leistungsbewertung 50
  • Analyse des entworfenen Controllers und eines Beobachters 50
  • Vollständiger Schaltplan 54

KAPITEL FÜNF: Zusammenfassung, Schlussfolgerung und Empfehlung

  • Zusammenfassung 58
  • Einschränkung 58
  • Fazit 58
  • Vorschlag für weitere Arbeiten 59

Referenzen 60
Anhang 62

EINFÜHRUNG

Hintergrund der Studie
Das erste Kapitel gibt einen Überblick über das Magnetschwebesystem, die Motivation und die Darlegung der Problematik, des Ziels und der Bedeutung der Studie.
1.1 Hintergrundinformationen
Magnetische Aufhängung ist ein Mittel, mit dem ein metallisches Objekt ohne andere Unterstützung als Magnetfelder aufgehängt wird. Der elektromagnetisch Gewalt wird verwendet, um den Auswirkungen entgegenzuwirken Erdanziehungskraft (Dolga und Dolga, 2007).
Es gibt mehrere praktische Anwendungen des magnetischen Aufhängungssystems und dazu gehören: die Magnetschwebebahn (MagLev)-Zug, ein Hochgeschwindigkeitszug, der mit Elektromagneten fährt Prinzip der Schwebe.
Der Zug schwebt über der Führungsschiene und die Polarität der Magnet wird verwendet, um den Zug zu bewegen. Da der MagLev-Zug keinen Kontakt mit dem Gleis hat, gibt es keine Reibung und somit die Maglev Der Zug kann schneller fahren als herkömmliche Züge.
Eine weitere Anwendung sind reibungsfreie Lager, bei denen der Einsatz von magnetische Aufhängung reduziert den Lagerverschleiß, da kein Kontakt mit anderen metallischen Teilen besteht (Glavin, 2005).
Das magnetische Aufhängungssystem ist ein instabiles nichtlineares System. Daher ist es immer eine Herausforderung, einen Rückkopplungsregler zur Steuerung der Position des schwebenden Objekts zu entwerfen.
In den letzten Jahren wurden viele Ansätze gemeldet. Hurley und Wolfe (1997) beschrieben die Linearisierung der Anlage durch Untersuchen Störung um den Betriebspunkt. Die Kompensation wird durch Implementieren einer Proportional-Plus-Differential(PD)-Steuerung erreicht.

REFERENZEN

Abbas, A. (2008). "State Space Design eines Controllers für ein dynamisches System (Eine Fallstudie eines Gleichstrommotors des Ankerreglers)" M.Sc-Arbeit, Ahmadu Bello University, Zaria. (Unveröffentlicht)
Benjamin, CK und Farid, G. (2003). "Automatische Steuerungssysteme" John Wiley and Sons Inc. Acht Ausgabe. S. 113-114
Brain, DH (2008). "Essential MatLab für Wissenschaftler und Ingenieure" Zweite Ausgabe.
Brian, RH; Ronald, LL und Jonathan, MR (2006). „Ein Leitfaden für MatLab für Anfänger und erfahrene Benutzer.
Carnegie, M. (2009) "Control Tutorials for Matlab" Universität von Michigan. http / www.engin.umich.edu / group / ctm / state / state.html
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