双核架构下的磁悬浮冗余支承容错控制模型及系统设计
发布时间：2022-08-08 19:37
磁悬浮轴承通过电磁力悬浮转子系统,具有无机械接触、无磨损、无需润滑、低损耗,高转速、长寿命等突出优点,且能实现较好的转子动态特性,是高速高精密转子系统的理想支承方式。因此,磁悬浮轴承系统在航空航天、真空技术、涡轮机械及机床等领域具有广泛的应用前景。但当磁悬浮轴承系统出现局部故障时,其原有的控制闭环将无法实现,从而导致转子系统跌落,而造成严重影响,特别在极端恶劣条件下,其可靠性问题尤其突出;冗余性设计是提高磁悬浮支承可靠性的一种切实有效的方法,其要求轴承系统具备容错性,能快速有效的检测并表达故障特性,并能针对故障进行容错控制,而继续提供有效电磁支承特性。本文进行了基于双核处理器架构的磁悬浮容错控制模型及系统的研究,主要研究内容为:（1）为满足多自由度磁悬浮支承系统的故障诊断与实时控制需求,设计了一种基于异构的双核处理器ARM+DSP架构,提出了对应的硬件平台、软件体系方案,实现了故障诊断与实时控制任务的分配运行、高效信息交互,来应对上述并行任务的实时性需求;（2）提出了精确冗余结构下的电磁力线性化模型。考虑到现有方法在冗余结构下非平衡位置的电磁力线性化存在较大误差,本文通过求解电磁力的泰...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 磁悬浮轴承容错控制概述
1.1.1 磁悬浮轴承容错控制的国内外现状
1.1.2 实时故障诊断与容错控制技术
1.1.3 多核处理器的并行处理能力在工业控制中的应用
1.2 本课题的研究目的及意义
1.3 论文的项目来源
1.4 论文的内容及安排
第2章 磁悬浮轴承容错控制原理
2.1 磁悬浮轴承容错控制技术分类及特点
2.1.1 控制器容错控制
2.1.2 传感器容错控制
2.1.3 执行器容错控制
2.2 冗余结构下精确电磁力线性化模型
2.2.1 传统电磁力线性化方法
2.2.2 径向主动磁悬浮轴承电磁力的非线性建模
2.2.3 基于位移补偿的电磁力-位移-电流线性化方法
2.2.4 非平衡位置下的电流分配矩阵的优化求解
2.3 执行器故障的磁悬浮轴承容错控制系统需求
2.4 本章小结
第3章 基于双核处理器的容错控制系统平台设计
3.1 容错控制系统的需求分析及方案确定
3.1.1 容错控制系统方案分析
3.1.2 双核处理器方案确定
3.2 磁悬浮容错控制系统硬件平台设计与分析
3.2.1 硬件平台总体结构
3.2.2 功率放大电路设计
3.2.3 光耦隔离驱动电路设计
3.2.4 电流采样调理电路设计
3.2.5 ARM+DSP的控制器架构的设计
3.3 磁悬浮容错控制系统的软件平台设计
3.3.1 基于SYSLINK组件的双核通信
3.3.2 ARM端嵌入式Linux系统的移植
3.3.3 DSP端SYS/BIOS系统
3.3.4 容错控制系统的数据传输过程
3.4 本章小结
第4章 冗余结构下精确电磁力计算及其容错控制模型
4.1 八极径向磁悬浮轴承的电磁力参数计算
4.2 转子处于非平衡位置下的位移补偿矩阵数值计算
4.3 八极径向磁悬浮轴承的数值与仿真分析
4.3.1 偏置系数C0对饱和电磁力影响
4.3.2 位移补偿后线性化电磁力与理论电磁力的对比
4.3.3 非平衡位置下的电流分配矩阵的优化
4.4 转子位移仿真分析
4.4.1 冗余结构支承下的转子轨迹
4.4.2 支承重构过程中的转子轨迹
4.5 本章小结
第5章 双核处理器作为控制器的实验研究
5.1 磁悬浮容错控制系统的实验平台搭建
5.1.1 控制系统机械结构
5.1.2 控制系统硬件控制平台
5.2 故障诊断
5.2.1 磁极线圈电流故障诊断实验
5.2.2 磁极线圈电流纹波分析
5.3 转子位移轨迹
5.3.1 转子稳定悬浮实验
5.3.2 转子扰动悬浮实验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文研究总结
6.2 论文研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间的科研成果
攻读硕士期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双核处理器的主动磁悬浮轴承容错控制架构[J]. 程鑫,刘晗,王博,梁典,陈强. 山东大学学报(工学版). 2018(02)
[2]基于OMAPL138的双核通信研究及应用[J]. 郭盟,尹志辉,钱世俊. 工业控制计算机. 2015(11)
[3]OMAP-L138DSP与FPGA通信方案设计[J]. 张伟文,高伟强,林淦,刘建群,阎秋生. 机电工程技术. 2015(10)
[4]ARM+FPGA设备的人机界面数据交互设计与实现[J]. 吴向臣,吴茂林. 微型机与应用. 2015(09)
[5]基于OMAPL138的嵌入式CNC控制器硬件平台开发[J]. 左旭辉,高伟强,张伟文. 组合机床与自动化加工技术. 2015(01)
[6]基于浮点DSP的轨道信号开发平台的研究[J]. 张陈玉,杜普选,闻跃,赵文山. 测控技术. 2014(11)
[7]磁悬浮轴承发展及关键技术研究现状[J]. 李媛媛,朱熀秋,朱利东,吴晓军. 微电机. 2014(06)
[8]基于DSP的运动控制器的研究与实现[J]. 崔金星,张招红,郑丽芳. 核电子学与探测技术. 2014(03)
[9]基于OMAPL138的高速信号处理系统信号完整性分析[J]. 郑楠,章明朝,李佩玥,闫丰. 现代电子技术. 2013(12)
[10]电磁轴承五种故障模式下的容错控制与分析[J]. 段焱,郑世强. 制造业自动化. 2013(01)
硕士论文
[1]基于OMAPL138和FPGA的嵌入式数控系统硬件架构研究与开发[D]. 李嘉健.广东工业大学 2015
本文编号：3672103
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 磁悬浮轴承容错控制概述
1.1.1 磁悬浮轴承容错控制的国内外现状
1.1.2 实时故障诊断与容错控制技术
1.1.3 多核处理器的并行处理能力在工业控制中的应用
1.2 本课题的研究目的及意义
1.3 论文的项目来源
1.4 论文的内容及安排
第2章 磁悬浮轴承容错控制原理
2.1 磁悬浮轴承容错控制技术分类及特点
2.1.1 控制器容错控制
2.1.2 传感器容错控制
2.1.3 执行器容错控制
2.2 冗余结构下精确电磁力线性化模型
2.2.1 传统电磁力线性化方法
2.2.2 径向主动磁悬浮轴承电磁力的非线性建模
2.2.3 基于位移补偿的电磁力-位移-电流线性化方法
2.2.4 非平衡位置下的电流分配矩阵的优化求解
2.3 执行器故障的磁悬浮轴承容错控制系统需求
2.4 本章小结
第3章 基于双核处理器的容错控制系统平台设计
3.1 容错控制系统的需求分析及方案确定
3.1.1 容错控制系统方案分析
3.1.2 双核处理器方案确定
3.2 磁悬浮容错控制系统硬件平台设计与分析
3.2.1 硬件平台总体结构
3.2.2 功率放大电路设计
3.2.3 光耦隔离驱动电路设计
3.2.4 电流采样调理电路设计
3.2.5 ARM+DSP的控制器架构的设计
3.3 磁悬浮容错控制系统的软件平台设计
3.3.1 基于SYSLINK组件的双核通信
3.3.2 ARM端嵌入式Linux系统的移植
3.3.3 DSP端SYS/BIOS系统
3.3.4 容错控制系统的数据传输过程
3.4 本章小结
第4章 冗余结构下精确电磁力计算及其容错控制模型
4.1 八极径向磁悬浮轴承的电磁力参数计算
4.2 转子处于非平衡位置下的位移补偿矩阵数值计算
4.3 八极径向磁悬浮轴承的数值与仿真分析
4.3.1 偏置系数C0对饱和电磁力影响
4.3.2 位移补偿后线性化电磁力与理论电磁力的对比
4.3.3 非平衡位置下的电流分配矩阵的优化
4.4 转子位移仿真分析
4.4.1 冗余结构支承下的转子轨迹
4.4.2 支承重构过程中的转子轨迹
4.5 本章小结
第5章 双核处理器作为控制器的实验研究
5.1 磁悬浮容错控制系统的实验平台搭建
5.1.1 控制系统机械结构
5.1.2 控制系统硬件控制平台
5.2 故障诊断
5.2.1 磁极线圈电流故障诊断实验
5.2.2 磁极线圈电流纹波分析
5.3 转子位移轨迹
5.3.1 转子稳定悬浮实验
5.3.2 转子扰动悬浮实验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文研究总结
6.2 论文研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间的科研成果
攻读硕士期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双核处理器的主动磁悬浮轴承容错控制架构[J]. 程鑫,刘晗,王博,梁典,陈强. 山东大学学报(工学版). 2018(02)
[2]基于OMAPL138的双核通信研究及应用[J]. 郭盟,尹志辉,钱世俊. 工业控制计算机. 2015(11)
[3]OMAP-L138DSP与FPGA通信方案设计[J]. 张伟文,高伟强,林淦,刘建群,阎秋生. 机电工程技术. 2015(10)
[4]ARM+FPGA设备的人机界面数据交互设计与实现[J]. 吴向臣,吴茂林. 微型机与应用. 2015(09)
[5]基于OMAPL138的嵌入式CNC控制器硬件平台开发[J]. 左旭辉,高伟强,张伟文. 组合机床与自动化加工技术. 2015(01)
[6]基于浮点DSP的轨道信号开发平台的研究[J]. 张陈玉,杜普选,闻跃,赵文山. 测控技术. 2014(11)
[7]磁悬浮轴承发展及关键技术研究现状[J]. 李媛媛,朱熀秋,朱利东,吴晓军. 微电机. 2014(06)
[8]基于DSP的运动控制器的研究与实现[J]. 崔金星,张招红,郑丽芳. 核电子学与探测技术. 2014(03)
[9]基于OMAPL138的高速信号处理系统信号完整性分析[J]. 郑楠,章明朝,李佩玥,闫丰. 现代电子技术. 2013(12)
[10]电磁轴承五种故障模式下的容错控制与分析[J]. 段焱,郑世强. 制造业自动化. 2013(01)
硕士论文
[1]基于OMAPL138和FPGA的嵌入式数控系统硬件架构研究与开发[D]. 李嘉健.广东工业大学 2015
本文编号：3672103
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