基于DSP的高性能磁悬浮轴承数字控制器研制
发布时间：2024-07-02 19:43
本文以TMS320F2812 DSP芯片为核心,设计了五自由度主动磁悬浮轴承的数字控制器,并编写了相应的控制程序。控制器的输入系统采用外置16位A/D芯片,相比DSP内部A/D模块和本课题组以往的A/D采集系统,提高了4位采样精度。该A/D芯片可以同时对6路模拟信号进行采样和转换,为集中控制等需要同时采样多路信号的高级算法提供了硬件平台。本文首次将动态增益可调技术应用在磁悬浮轴承控制器中,在位移信号波动范围小于10%的A/D采样范围时,将位移信号放大到原来的8倍,充分利用了A/D芯片的采样范围,提高了整个系统的采集精度。控制器输出系统中的D/A转换也应用了相似的原理,提高了输出信号的品质。 在利用现有传感器输出信号的情况下,控制器实现了转速测量与显示的功能。先将位移信号转换为同频方波信号,再利用DSP芯片的捕获单元对其捕获,实现了精度为1rpm的转速测量,显示的精度为1Hz(60rpm)。文中在此基础上采用了分段控制算法,该算法将测得的转速反馈给控制程序,程序根据不同的转速调整控制参数,使系统在不同转速范围都能尽量达到最优控制,解决了以往固定的控制参数不能适应所有转速段的问题。 本文在...
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 磁悬浮轴承技术的特点及研究现状
1.1.1 磁悬浮轴承技术的特点
1.1.2 磁悬浮轴承技术的研究现状
1.2 磁悬浮轴承控制器的发展现状
1.3 课题的主要工作及意义
1.4 论文内容安排
第二章 磁轴承的工作原理及数学模型研究
2.1 磁悬浮轴承的结构与工作原理
2.2 系统的数学模型研究
2.2.1 单自由度转子的数学模型
2.2.2 五自由度转子的数学模型
2.3 本章小结
第三章 数字控制器硬件系统研制
3.1 数字控制器总体设计方案
3.2 DSP 系统的设计
3.2.1 DSP 的选取原则
3.2.2 控制器的CPU——TM5320F2812
3.2.3 DSP 相关电路设计
3.3 信号输入系统的设计
3.3.1 A/D 转换芯片的选择
3.3.2 A/D 转换及其外围电路设计
3.3.3 抗混叠低通滤波器的设计
3.3.4 输入电压限幅电路
3.4 信号输出系统的设计
3.4.1 译码器取代CPLD
3.4.2 D/A 转换芯片的选择与电路设计
3.5 电源和地的设计
3.5.1 DSP 供电时序的设计
3.5.2 电路板中电源和地的设计
3.6 芯片测试电路板的设计与制作
3.7 增益调节思想及其硬件实现
3.7.1 增益调节原理说明
3.7.2 增益调节的硬件实现
3.8 转速测量与显示模块设计
3.8.1 转速测量模块设计
3.8.2 转速显示模块设计
3.9 电路板整体布局设计与布线
3.10 与原有基于F2812 控制器的硬件对比
3.11 本章小结
第四章 数字控制器软件系统设计
4.1 数字控制器软件总体方案设计
4.2 控制算法及软件实现
4.2.1 超前校正不完全微分PID 控制算法
4.2.2 控制算法离散化及软件实现
4.2.3 PID 程序的验证
4.3 增益调节模块的软件设计
4.3.1 多次预采样法调节增益
4.3.2 根据预采样值计算调节增益
4.4 转速测量显示模块的软件设计
4.5 本章小结
第五章 系统调试与试验结果
5.1 输入输出系统的调试
5.1.1 输出系统的调试
5.1.2 输入系统的调试
5.2 增益调节模块的调试
5.3 转速测量与显示模块的调试
5.3.1 转速显示测试
5.3.2 不同转速段切换测试
5.4 控制系统综合调试
5.4.1 控制参数的整定
5.4.2 静态悬浮试验
5.4.3 高速运转试验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 对进一步工作的展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3999915
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 磁悬浮轴承技术的特点及研究现状
1.1.1 磁悬浮轴承技术的特点
1.1.2 磁悬浮轴承技术的研究现状
1.2 磁悬浮轴承控制器的发展现状
1.3 课题的主要工作及意义
1.4 论文内容安排
第二章 磁轴承的工作原理及数学模型研究
2.1 磁悬浮轴承的结构与工作原理
2.2 系统的数学模型研究
2.2.1 单自由度转子的数学模型
2.2.2 五自由度转子的数学模型
2.3 本章小结
第三章 数字控制器硬件系统研制
3.1 数字控制器总体设计方案
3.2 DSP 系统的设计
3.2.1 DSP 的选取原则
3.2.2 控制器的CPU——TM5320F2812
3.2.3 DSP 相关电路设计
3.3 信号输入系统的设计
3.3.1 A/D 转换芯片的选择
3.3.2 A/D 转换及其外围电路设计
3.3.3 抗混叠低通滤波器的设计
3.3.4 输入电压限幅电路
3.4 信号输出系统的设计
3.4.1 译码器取代CPLD
3.4.2 D/A 转换芯片的选择与电路设计
3.5 电源和地的设计
3.5.1 DSP 供电时序的设计
3.5.2 电路板中电源和地的设计
3.6 芯片测试电路板的设计与制作
3.7 增益调节思想及其硬件实现
3.7.1 增益调节原理说明
3.7.2 增益调节的硬件实现
3.8 转速测量与显示模块设计
3.8.1 转速测量模块设计
3.8.2 转速显示模块设计
3.9 电路板整体布局设计与布线
3.10 与原有基于F2812 控制器的硬件对比
3.11 本章小结
第四章 数字控制器软件系统设计
4.1 数字控制器软件总体方案设计
4.2 控制算法及软件实现
4.2.1 超前校正不完全微分PID 控制算法
4.2.2 控制算法离散化及软件实现
4.2.3 PID 程序的验证
4.3 增益调节模块的软件设计
4.3.1 多次预采样法调节增益
4.3.2 根据预采样值计算调节增益
4.4 转速测量显示模块的软件设计
4.5 本章小结
第五章 系统调试与试验结果
5.1 输入输出系统的调试
5.1.1 输出系统的调试
5.1.2 输入系统的调试
5.2 增益调节模块的调试
5.3 转速测量与显示模块的调试
5.3.1 转速显示测试
5.3.2 不同转速段切换测试
5.4 控制系统综合调试
5.4.1 控制参数的整定
5.4.2 静态悬浮试验
5.4.3 高速运转试验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 对进一步工作的展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3999915
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