基于FPGA的磁浮轴承控制系统研究

发布时间：2020-04-20 14:03

【摘要】： 磁浮轴承技术是利用电磁力使转轴稳定悬浮起来的一种新型轴承,它具有无接触、无摩擦磨损、转速高、无需润滑和寿命长等优点,受到了工业界、学术界的普遍关注和系统研究。 在磁浮轴承的控制器设计上,一般采用数字控制方法,建立基于DSP的控制平台。现场可编辑门阵列(FPGA)作为当前的研究热点,其高性能的并行性、定制化的灵活性和性价比的可行性都使得FPGA成为实现高性能数字信号处理的首选器件之一。本文从可行性和创新性等角度出发,设计并实现了基于FPGA的PID算法,将FPGA用于磁浮轴承控制系统中。 论文首先介绍了磁浮轴承的特点、工作原理和国内外的发展状况;接着以立式磁浮轴承为研究对象,推导出了磁浮轴承单自由度的数学模型;然后基于Xilinx公司提供的System Generator开发软件包,用Matlab/Simulink完成了模拟控制系统和数字控制系统的建模仿真。 在磁浮轴承系统理论分析和仿真验证的基础上,完成了包括信号调理、模数转换、PID运算、数模转换及斩波器等电路的硬件设计和软件设计。实验表明基于FPGA的数字控制器能够实现轴承悬浮的稳定控制,并具有良好的抗干扰能力。
【图文】：

据3.1节轴向轴承系统的模拟仿真模型，在Matlab环境下，用Simulink同 systemGenerator结合，对磁浮轴承轴向系统进行仿真，观察其输出响应曲线。为便于与模拟系统相比较，，建立模拟系统与数字系统比较仿真模型，如图3一8所示:气隙变化电流对比之之了;8二，。g一‘一。“， ， ，，， kkkdlanaiog_一 _outtttttttttttttttt口口习 习 习习 习 习习习……沈‘瞥 Outtttttttt 111KO。，g，ta，一，一 oulllllllllll口口 口口口电流变化图3一8模拟系统与数字系统比较仿真结构框图其中模拟控制系统仿真框图如图3一1所示

数字控制磁铁电流变化波形(单位:A)(a)悬浮气隙波形曲线(b)磁铁电流波形曲线图3一n模拟/数字控制时悬浮气隙和磁铁电流的变化曲线(平衡)下面来分析加载和减载对系统的影响，建立系统仿真的框图，如图3一12所示:月月 月 口口口 七七 (1))))))))))))))))))) UUU(2)))))1/sssss1/sss 7777333333333111父父父父 父父父父父父父父父父父 父 父 乓 乓乓乓乓乓乓乓___一…、上‘ ‘ ‘‘‘ 牡牡牡 牡牡 ))) 333.33333333333333333333333图3一12加载/减载力数字控制系统仿真结构框图其中加载/减载力使用阶跃函数来描述，见图3一12中的Force函数，用以表示在0.2秒和0.6秒时刻阶跃加载和减载40ON，如图3一13所示
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH133.3

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 韩廷印;梁勤蒲;;浅析沧州某酒店空调系统节能改造[J];数字技术与应用;2011年08期

2 刘大昕;李秒;;基于遗传算法的PID参数整定[J];硅谷;2011年17期

3 张向锋;李言俊;;红外成像导引头模糊PD控制器设计与仿真[J];弹箭与制导学报;2011年03期

4 刘起武;罗志萍;;基于Lon Works总线柴油发电机组智能控制器的设计方案[J];装备制造技术;2011年07期

5 蒋传荣;;新型复合控制数字逆变电源研究[J];中国新技术新产品;2011年16期

6 刘明刚;潘莉莉;施建礼;;模糊PID控制在水面航行器伺服控制系统中的应用[J];仪表技术;2011年07期

7 冉明哲;;CHV160供水专用变频器的应用[J];通用机械;2011年09期

8 苏革平;;PID控制在变频调速中的应用研究[J];自动化技术与应用;2011年08期

9 周桂平;关润洁;;SR253Z智能调节仪在热电偶检定系统炉温控制中的应用[J];工业仪表与自动化装置;2011年04期

10 张震;柴文野;潘登;任冲;;基于PID和重复控制的UPS逆变器的研究[J];电测与仪表;2011年05期

相关会议论文 前10条

1 王晓兰;杨智;王惠中;;模糊神经网络与PID的混合控制[A];1999年中国智能自动化学术会议论文集（上册）[C];1999年

2 杨琳娟;李秋明;顾德英;;大林算法在炉温控制中的应用[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年

3 隋志蔚;杨前明;赵芳;;空调系统中电子膨胀阀(EEV)PID控制技术探讨[A];2007年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2007年

4 舒怀林;;PID控制与神经网络的结合及PID神经网络非线性控制系统[A];第十九届中国控制会议论文集（二）[C];2000年

5 宋胜利;冯柯;左敦稳;王珉;;基于遗传算法寻优的PID控制技术研究[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年

6 刘军;马海林;高广福;;火电厂球磨机非线性自适应控制[A];04'中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C];2004年

7 朱虹;李世华;田玉平;;基于参数自整定PID控制的温室环境控制系统[A];全国自动化新技术学术交流会会议论文集（一）[C];2005年

8 王科俊;金鸿章;苏闽;;减摇鳍系统的神经网络监督控制[A];1999年中国智能自动化学术会议论文集（上册）[C];1999年

9 冯清枝;顾兴源;;自适应控制在温度控制中的应用[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年

10 谭飞;谭功全;柏建国;侯劲;;一种仿人智能控制器及其在碳化塔中部温度控制中的应用[A];2003年中国智能自动化会议论文集（下册）[C];2003年

相关重要报纸文章 前6条

1 向忠宏 本报记者 秦宜德;优化控制方案实现主动节能[N];中国房地产报;2005年

2 ;神经网络和模糊逻辑[N];世界金属导报;2002年

3 本报记者 程鸿;把工厂搬进课堂[N];计算机世界;2001年

4 傅建设;国内首台蓄热式加热炉投产[N];世界金属导报;2001年

5 于莘明;这里涌出净水[N];科技日报;2000年

6 中冶连铸专家组;连续铸钢新技术问答[N];中国冶金报;2004年

相关博士学位论文 前10条

1 应黎明;异步化同步发电机励磁控制及其稳定性分析[D];武汉大学;2004年

2 马建伟;多指标满意PID控制设计研究[D];南京理工大学;2005年

3 余朝刚;温室气候环境微机测控系统与控制方法的研究[D];浙江大学;2005年

4 吕红丽;Mamdani模糊控制系统的结构分析理论研究及其在暖通空调中的应用[D];山东大学;2007年

5 李延成;冲击载荷下磁流变缓冲器半主动控制研究[D];南京理工大学;2007年

6 孙英;超磁致伸缩致动器的神经网络控制与动态模型及实验研究[D];河北工业大学;2007年

7 鲍官军;气动柔性驱动器FPA的特性及其在多指灵巧手设计中的应用研究[D];浙江工业大学;2006年

8 蒋启龙;大功率电机磁浮轴承系统及其应用研究[D];西南交通大学;2007年

9 郭启刚;热工过程多模型控制理论与方法的研究[D];华北电力大学（河北）;2007年

10 张光海;受限柔性机器人装置、建模与控制的研究[D];华南理工大学;1998年

相关硕士学位论文 前10条

1 王少愚;参数自整定PID控制器的研究[D];武汉理工大学;2002年

2 李德斌;磁悬浮轴承数字控制器的研究[D];山东科技大学;2004年

3 蔚芳;用于超导储能装置中变流器控制策略的研究和实现[D];华北电力大学（北京）;2005年

4 逄旭军;导弹高度控制系统的变结构设计[D];哈尔滨工程大学;2005年

5 田炜;基于MSP430单片机中小型水轮机微机调速器的设计与研制[D];武汉大学;2005年

6 罗旋;水轮机调节系统的研究与仿真[D];华中科技大学;2005年

7 王先鲁;柴油发电机组智能控制器的研制[D];南昌大学;2006年

8 石秀敏;AHODFC及其在交流调速中的应用[D];天津科技大学;2005年

9 戚鹏;基于模糊控制的无刷直流电动机调速系统研究[D];西北工业大学;2007年

10 刘宏令;二氧化氯发生器控制系统的研制[D];山东大学;2007年

本文编号：2634621