永磁偏置磁轴承数字控制系统和控制策略研究
发布时间：2021-04-24 04:18
永磁偏置的混合磁轴承利用永久磁铁替代主动磁轴承中的电磁铁产生静态偏置磁场,具有降低功率放大器的功耗,减少电磁铁的匝数,缩小磁轴承的体积,提高轴承承载力等优点,在飞轮储能、磁悬浮电机等需磁轴承支撑的高速运动场合具有良好的应用前景。本文以永磁偏置磁悬浮轴承为研究对象,主要做了以下几个方面的工作:首先介绍永磁偏置轴向径向磁轴承的结构特点及工作原理,给出了永磁偏置轴向径向磁轴承的数学模型。又介绍了永磁偏置径向磁轴承的结构特点及工作原理,给出了永磁偏置径向磁轴承的数学模型。并分析了永磁偏置磁轴承性能指标和相关的影响因素。介绍了永磁偏置磁轴承数字控制系统的组成,在此基础上设计了全桥拓扑的功率放大器,反馈信号调理电路和电平转换电路。数字控制芯片采用TI公司的TMS320F2812,采用电流内环,位移外环的双闭环结构,并用C语言设计了相应的控制程序,最后通过实验实现了磁悬浮转子0-20000rpm的稳定悬浮,结果表明采用该数字控制系统实现转子高转速下悬浮,稳定性好,功放损耗小,悬浮精度高。最后本文针对降低磁轴承功耗和提高磁轴承动态性能,研究了三种不同的控制策略,并得到了相应的结论。针对磁悬浮转子在高速...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 磁悬浮轴承的概述
1.2 永磁偏置磁轴承的发展过程和最新研究进展
1.3 本课题的研究背景和意义
1.4 本文的主要研究内容
第二章 永磁偏置磁悬浮轴承的工作原理和数学模型
2.1 永磁偏置磁悬浮轴承系统概述
2.2 永磁偏置轴向径向磁轴承
2.2.1 永磁偏置轴向径向磁轴承的结构及工作原理
2.2.2 永磁偏置轴向径向磁轴承的磁悬浮力方程和数学模型
2.3 永磁偏置径向磁轴承
2.3.1 永磁偏置径向磁轴承的结构及工作原理
2.3.2 永磁偏置径向磁轴承的磁悬浮力方程和数学模型
2.4 永磁偏置磁轴承最大承载力、最大磁悬浮力变化率
2.5 本章小结
第三章 永磁偏置磁轴承数字控制系统的设计
3.1 永磁偏置磁悬浮电机控制系统概述
3.2 永磁偏置磁轴承数字控制系统的硬件设计
3.2.1 永磁偏置磁轴承单自由度功率放大器设计
3.2.2 电流、电压和位移传感器
3.2.3 电流和位移信号调理电路的设计
3.2.4 数字控制器的介绍
3.3 永磁偏置磁悬浮轴承数字控制系统的软件设计
3.3.1 主程序
3.3.2 中断程序
3.3.3 电流的矫正
3.3.4 PID 调节器的实现
3.4 实验平台
3.5 实验结果与分析
3.5.1 电流环实验
3.5.2 悬浮实验
3.5.3 实验结论
3.6 本章小结
第四章 永磁偏置磁轴承控制策略的研究
4.1 永磁偏置磁轴承控制策略概述
4.2 永磁偏置径向磁轴承不平衡振动补偿的研究
4.2.1 简介
4.2.2 基于最优控制的不平衡补偿方案
4.2.3 仿真实验
4.3 永磁偏置轴向磁轴承低功耗位移补偿的研究
4.3.1 简介
4.3.2 基于外力辨识的轴向低功耗位移补偿的理论研究
4.3.3 永磁偏置轴向磁轴承电流刚度和位移刚度的仿真解法
4.3.4 仿真实验
4.4 永磁偏置磁轴承模糊控制方法的研究
4.4.1 模糊控制器的理论研究
4.4.2 永磁偏置磁轴承模糊控制器的设计
4.4.3 仿真和实验分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 本文工作总结
5.2 进一步的工作设想
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁悬浮轴承系统的模糊控制仿真[J]. 简丽,王自强. 微计算机信息. 2007(25)
[2]基于DSP的磁悬浮轴承数字控制系统[J]. 任双艳,边春元,刘杰. 东北大学学报(自然科学版). 2007(07)
[3]基于DSP的磁悬浮轴承数字控制系统硬件设计[J]. 张菊秀,全书海,王永生. 船海工程. 2007(02)
[4]新型永磁偏置磁轴承的不平衡补偿研究[J]. 赵旭升,梅磊,邓智泉,王晓琳. 微特电机. 2005(11)
[5]基于DSP的磁悬浮轴承数字控制系统的研究与应用[J]. 黄义,胡业发. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2005(05)
[6]永磁偏置磁轴承动特性研究[J]. 杨静,虞烈,谢敬. 中国电机工程学报. 2005(05)
[7]三自由度永磁偏置混合磁轴承数控系统研究[J]. 刘贤兴,朱熀秋,全力,王德明,孙玉坤. 中国机械工程. 2004(24)
[8]磁悬浮轴承的模糊PID控制[J]. 李敏花,刘淑琴. 控制工程. 2004(05)
[9]模糊控制在磁悬浮轴承中的应用[J]. 柏猛,李敏花,王洋,严德崑. 自动化与仪表. 2004(03)
[10]一种新颖的永磁偏置三自由度电磁轴承[J]. 李冰,邓智泉,严仰光. 南京航空航天大学学报. 2003(01)
博士论文
[1]电磁轴承系统集成化技术的研究[D]. 李冰.南京航空航天大学 2003
硕士论文
[1]永磁偏置径向轴向磁轴承H∞控制系统的研究[D]. 赵雪山.南京航空航天大学 2004
[2]主动磁轴承不平衡补偿的研究[D]. 牟鸿.南京航空航天大学 2003
本文编号：3156661
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 磁悬浮轴承的概述
1.2 永磁偏置磁轴承的发展过程和最新研究进展
1.3 本课题的研究背景和意义
1.4 本文的主要研究内容
第二章 永磁偏置磁悬浮轴承的工作原理和数学模型
2.1 永磁偏置磁悬浮轴承系统概述
2.2 永磁偏置轴向径向磁轴承
2.2.1 永磁偏置轴向径向磁轴承的结构及工作原理
2.2.2 永磁偏置轴向径向磁轴承的磁悬浮力方程和数学模型
2.3 永磁偏置径向磁轴承
2.3.1 永磁偏置径向磁轴承的结构及工作原理
2.3.2 永磁偏置径向磁轴承的磁悬浮力方程和数学模型
2.4 永磁偏置磁轴承最大承载力、最大磁悬浮力变化率
2.5 本章小结
第三章 永磁偏置磁轴承数字控制系统的设计
3.1 永磁偏置磁悬浮电机控制系统概述
3.2 永磁偏置磁轴承数字控制系统的硬件设计
3.2.1 永磁偏置磁轴承单自由度功率放大器设计
3.2.2 电流、电压和位移传感器
3.2.3 电流和位移信号调理电路的设计
3.2.4 数字控制器的介绍
3.3 永磁偏置磁悬浮轴承数字控制系统的软件设计
3.3.1 主程序
3.3.2 中断程序
3.3.3 电流的矫正
3.3.4 PID 调节器的实现
3.4 实验平台
3.5 实验结果与分析
3.5.1 电流环实验
3.5.2 悬浮实验
3.5.3 实验结论
3.6 本章小结
第四章 永磁偏置磁轴承控制策略的研究
4.1 永磁偏置磁轴承控制策略概述
4.2 永磁偏置径向磁轴承不平衡振动补偿的研究
4.2.1 简介
4.2.2 基于最优控制的不平衡补偿方案
4.2.3 仿真实验
4.3 永磁偏置轴向磁轴承低功耗位移补偿的研究
4.3.1 简介
4.3.2 基于外力辨识的轴向低功耗位移补偿的理论研究
4.3.3 永磁偏置轴向磁轴承电流刚度和位移刚度的仿真解法
4.3.4 仿真实验
4.4 永磁偏置磁轴承模糊控制方法的研究
4.4.1 模糊控制器的理论研究
4.4.2 永磁偏置磁轴承模糊控制器的设计
4.4.3 仿真和实验分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 本文工作总结
5.2 进一步的工作设想
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁悬浮轴承系统的模糊控制仿真[J]. 简丽,王自强. 微计算机信息. 2007(25)
[2]基于DSP的磁悬浮轴承数字控制系统[J]. 任双艳,边春元,刘杰. 东北大学学报(自然科学版). 2007(07)
[3]基于DSP的磁悬浮轴承数字控制系统硬件设计[J]. 张菊秀,全书海,王永生. 船海工程. 2007(02)
[4]新型永磁偏置磁轴承的不平衡补偿研究[J]. 赵旭升,梅磊,邓智泉,王晓琳. 微特电机. 2005(11)
[5]基于DSP的磁悬浮轴承数字控制系统的研究与应用[J]. 黄义,胡业发. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2005(05)
[6]永磁偏置磁轴承动特性研究[J]. 杨静,虞烈,谢敬. 中国电机工程学报. 2005(05)
[7]三自由度永磁偏置混合磁轴承数控系统研究[J]. 刘贤兴,朱熀秋,全力,王德明,孙玉坤. 中国机械工程. 2004(24)
[8]磁悬浮轴承的模糊PID控制[J]. 李敏花,刘淑琴. 控制工程. 2004(05)
[9]模糊控制在磁悬浮轴承中的应用[J]. 柏猛,李敏花,王洋,严德崑. 自动化与仪表. 2004(03)
[10]一种新颖的永磁偏置三自由度电磁轴承[J]. 李冰,邓智泉,严仰光. 南京航空航天大学学报. 2003(01)
博士论文
[1]电磁轴承系统集成化技术的研究[D]. 李冰.南京航空航天大学 2003
硕士论文
[1]永磁偏置径向轴向磁轴承H∞控制系统的研究[D]. 赵雪山.南京航空航天大学 2004
[2]主动磁轴承不平衡补偿的研究[D]. 牟鸿.南京航空航天大学 2003
本文编号：3156661
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