磁悬浮气隙控制系统仿真与测量电路的硬件设计

摘 要

本文的主要内容是对磁悬浮气隙控制系统仿真和模拟悬浮气隙测量电路的设计和研究。首先应用MATLAB的Simulink动态仿真功能，通过绘制框图建立了单电磁铁磁悬浮气隙控制系统的数学模型，并利用反馈线性化方法对非线性模型进行相应的处理。再通过设计以单片机PIC16F877为控制核心的测试板，对输入的电信号进行模拟转化为悬浮气隙和具有对悬浮气隙的测距功能，实现了采样数据的处理与存储，并通过LCD显示相关技术数据。本系统设计简单、运行稳定可靠，较容易实现对气隙间距合理、准确的测量与控制，并可以很直观的将结果从LCD上读出来。本文通过对磁悬浮气隙控制系统仿真和模拟悬浮气隙测量电路的设计和研究，为以后的磁悬浮技术更深入的应用奠定了基础。

关键词: 磁悬浮气隙测量系统、MATLAB动态仿真、单片机PIC16F877、气隙测量

目 录

摘 要 I

1  绪论 1

2  磁浮气隙控制系统数学建模及仿真研究 4

2.1  磁悬浮系统数学分析 4

2.1.1磁悬浮控制基本原理 4

2.1.2磁悬浮磁场的电磁场分析 4

2.2  悬浮电磁铁模型线性化处理 5

2.2.1直接反馈线性化处理 6

2.2.2悬浮系统模型的仿真和结果分析 8

3  基于PIC磁浮气隙测量系统的硬件设计 11

3.1  单片机PIC16F87X系列简介 11

3.1.1 单片机主要性能及外围特征 11

3.1.2 PIC16F877X系列单片机端口及寄存器 12

3.1.3模拟数字转化器模块 13

3.2  硬件电路组成及工作原理 14

3.2.1电源电路设计 14

3.2.2复位及时钟电路设计 15

3.2.3电流信号处理电路设计 16

3.2.4AT24C02读写电路设计 16

3.2.5液晶显示单元电路设计 17

3.2.6 键盘电路设计 18

4  基于PIC磁浮气隙测量系统的软件设计 19

4.1  软件集成开发环境MAPLAB的简介 19

4.1.1MPLAB MCD2的驱动安装 19

4.1.2工程项目的建立 21

4.2  RT-12864-10液晶显示屏简介 23

4.2.1液晶显示屏的主要技术参数 23

4.2.2内置T6963C控制器图形液晶显示模块的电路特性 25

4.2.3内置T6963C控制器图形液晶显示模块的软件特性 27

4.3  磁浮气隙测量系统的软件设计 31

4.3.1主程序的功能及流程框图 31

4.3.2键盘扫描及其延迟函数 35

4.3.3 A/D转换和标度转化函数 36

4.3.4AT24C02读写函数 38

4.3.5液晶显示函数 40

5  基于PIC磁浮气隙测量系统的软硬件调试 43

5.1  测量系统的硬件调试 43

5.1.1脱机调试 43

5.1.2仿真调试 43

5.2  测量系统的软件调试 44

6  总结 45

致 谢 46

参考文献 47

附录1 48