电磁轴承控制系统的开发与研究
发布时间：2023-04-05 03:04
电磁轴承也叫主动磁悬浮轴承,是利用电磁力将转子悬浮于空间,使转子跟定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承,具有无摩擦,无磨损,无污染,低能耗,低噪声以及寿命长等优点,因而在航空航天,真空技术,精密机床,机械工业以及机器人等高科技领域具有广阔的应用前景。本文主要任务是对电磁轴承控制系统进行设计与研究,主要工作如下: 首先,分析电磁轴承系统结构与工作原理,并且设计新型电磁轴承系统结构,即前端电磁轴承后端机械轴承的混合型轴承结构。在平衡点附近建立了单自由度转子的传递函数模型,对模型进行了简化处理。分析了系统的刚度阻尼等性能指标。 然后,介绍电磁轴承系统关键部件的组成和设计,并以数字信号处理器TMS320F2812为核心,介绍了各部分功能模块的设计与引脚连接,其中着重介绍了功率放大模块的设计。在此基础上设计出完整的电磁轴承硬件控制系统。控制方案方面选用工程上应用较为成熟的PID控制方法,并选用Matlab 7.0.1软件进行控制参数的设计和仿真研究;软件方面选用DXP 2004 SP2对系统进行原理图的设计以及PCB控制板的开发。 最后,设计了控制器软件部分各个功能模块的工作流程图,并用...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 电磁轴承研究背景
1.2 电磁轴承的特点和功能
1.2.1 电磁轴承的特点
1.2.2 电磁轴承的功能
1.3 国内外研究现状
第2章 电磁轴承总体设计方案
2.1 系统总体结构
2.2 电磁轴承机械结构设计
2.3 系统单自由度数学模型的建立
2.4 本章小结
第3章 模糊PID 控制器设计与仿真
3.1 PID 控制算法
3.2.1 PID 控制算法介绍
3.1.2 PID控制器控制参数与系统性能相关性分析
3.2 数字PID 控制算法及模糊算法简介
3.2.1 微分项的改进
3.2.2 模糊算法的引入
3.2.3 模糊算法的特点
3.3 模糊理论
3.3.1 模糊集合
3.3.2 模糊集的表示-隶属度函数
3.3.3 模糊逻辑运算
3.3.4 If
3.3.5 模糊推理
3.4 模糊控制
3.5 模糊PID 控制器
3.5.1 模糊控制规则设计
3.5.2 控制器控制参数整定
3.5.3 系统刚度、阻尼性能研究
3.6 模糊自整定PID 控制器的MATLAB 仿真
3.6.1 MATLAB 简介
3.6.2 系统仿真设计与实现
3.7 本章小结
第4章 电磁轴承数字控制系统硬件设计
4.1 数字控制器的硬件结构简介
4.2 数字控制器硬件选择
4.2.1 处理器的选择
4.2.2 TMS320F2812 DSP 简介
4.2.3 F2812 与LF2407A、F240 比较
4.3 DSP 数字控制器硬件设计
4.3.1 A/D 采样及其滤波器设计
4.3.2 电源管理模块设计
4.3.3 外扩RAM 接口设计
4.3.4 JTAG 仿真接口设计
4.3.5 时钟电路
4.3.6 功率放大模块设计
4.4 功率放大器的设计
4.4.1 电磁轴承对功率放大器的基本要求
4.4.2 功率放大器设计
4.4.3 开关功放性能参数
4.4.4 三电平PWM 电压-电流型开关功率放大器的设计与研究
4.5 硬件电路板的开发
4.5.1 隔离敏感信号
4.5.2 硬件抗干扰设计
4.5.3 软件抗干扰设计
4.6 电磁兼容性设计
4.6.1 选择合理的导线宽度
4.6.2 采用井字形网状布线结构
4.7 硬件电路板的实现
4.8 本章小结
第5章 电磁轴承数字控制系统软件设计
5.1 系统软件设计原则
5.2 编译环境
5.3 控制软件的实现
5.3.1 软件结构与主程序
5.3.2 系统初始化
5.3.3 PWM 和ADC 初始化
5.3.4 PID 子程序
5.3.5 中断服务子程序
5.3.6 A/D 转换
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3782599
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 电磁轴承研究背景
1.2 电磁轴承的特点和功能
1.2.1 电磁轴承的特点
1.2.2 电磁轴承的功能
1.3 国内外研究现状
第2章 电磁轴承总体设计方案
2.1 系统总体结构
2.2 电磁轴承机械结构设计
2.3 系统单自由度数学模型的建立
2.4 本章小结
第3章 模糊PID 控制器设计与仿真
3.1 PID 控制算法
3.2.1 PID 控制算法介绍
3.1.2 PID控制器控制参数与系统性能相关性分析
3.2 数字PID 控制算法及模糊算法简介
3.2.1 微分项的改进
3.2.2 模糊算法的引入
3.2.3 模糊算法的特点
3.3 模糊理论
3.3.1 模糊集合
3.3.2 模糊集的表示-隶属度函数
3.3.3 模糊逻辑运算
3.3.4 If
3.3.5 模糊推理
3.4 模糊控制
3.5 模糊PID 控制器
3.5.1 模糊控制规则设计
3.5.2 控制器控制参数整定
3.5.3 系统刚度、阻尼性能研究
3.6 模糊自整定PID 控制器的MATLAB 仿真
3.6.1 MATLAB 简介
3.6.2 系统仿真设计与实现
3.7 本章小结
第4章 电磁轴承数字控制系统硬件设计
4.1 数字控制器的硬件结构简介
4.2 数字控制器硬件选择
4.2.1 处理器的选择
4.2.2 TMS320F2812 DSP 简介
4.2.3 F2812 与LF2407A、F240 比较
4.3 DSP 数字控制器硬件设计
4.3.1 A/D 采样及其滤波器设计
4.3.2 电源管理模块设计
4.3.3 外扩RAM 接口设计
4.3.4 JTAG 仿真接口设计
4.3.5 时钟电路
4.3.6 功率放大模块设计
4.4 功率放大器的设计
4.4.1 电磁轴承对功率放大器的基本要求
4.4.2 功率放大器设计
4.4.3 开关功放性能参数
4.4.4 三电平PWM 电压-电流型开关功率放大器的设计与研究
4.5 硬件电路板的开发
4.5.1 隔离敏感信号
4.5.2 硬件抗干扰设计
4.5.3 软件抗干扰设计
4.6 电磁兼容性设计
4.6.1 选择合理的导线宽度
4.6.2 采用井字形网状布线结构
4.7 硬件电路板的实现
4.8 本章小结
第5章 电磁轴承数字控制系统软件设计
5.1 系统软件设计原则
5.2 编译环境
5.3 控制软件的实现
5.3.1 软件结构与主程序
5.3.2 系统初始化
5.3.3 PWM 和ADC 初始化
5.3.4 PID 子程序
5.3.5 中断服务子程序
5.3.6 A/D 转换
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3782599
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