基于DSP的气体挤压膜轴承控制器研究

发布时间：2017-09-19 09:26

  本文关键词：基于DSP的气体挤压膜轴承控制器研究

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【摘要】：气体挤压膜轴承是一种新型气体轴承,它利用压电材料的逆压电效应在工作面的法向产生高频振动,使激振盘和悬浮体之间的气体不断受到挤压,由此形成高于外部环境压力的气膜压力。气体挤压膜轴承不需要外部供气或支承表面的切向相对运动,可以应用于传统支承无法满足要求的场合,因此其应用前景十分广阔。但是,现有气体挤压膜轴承离实际工程应用还有一定的差距。本文主要对气体挤压膜轴承设计一种控制系统,使其能够实现悬浮高度的自适应控制。以变幅杆式的气体挤压膜悬浮平台为研究对象,通过对固定悬浮体模型和自由悬浮体模型的分析求解,得出影响气体挤压膜悬浮平台性能的主要因素为激振振幅和频率。以理论分析结果为指导,对气体挤压膜悬浮平台控制系统进行设计,实现悬浮高度的自适应控制。控制系统以TMS320F28335芯片为核心,与信号发生模块,频率跟踪模块,信号调理模块等共同组成控制器的硬件部分。简要介绍模糊控制原理,建立控制模型,通过simulink对模糊PID和PID进行仿真并比较。建立气体挤压膜悬浮平台调试系统,并对系统进行在线调试,使其能够正常运作。设计试验验证气体挤压膜悬浮平台控制系统的性能。通过试验证明该控制系统能够使气体挤压膜悬浮平台实现悬浮高度的自适应控制。
【关键词】：气体挤压膜轴承 DSP TMS320F28335 频率跟踪 模糊PID
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 引言15-16
• 1.2 气体挤压膜轴承技术研究背景16-22
• 1.2.1 气体挤压膜轴承发展状况16-19
• 1.2.2 气体挤压膜轴承控制技术的发展19-22
• 1.3 论文的内容安排22-23
• 第二章 气体挤压膜悬浮平台的理论分析23-34
• 2.1 控制方程的建立23-26
• 2.1.1 流体力学的基本方程23-24
• 2.1.2 圆盘挤压膜Reynolds方程的建立24-25
• 2.1.3 挤压膜模型25-26
• 2.2 气体挤压膜特性的分析与求解26-31
• 2.2.1 固定悬浮体模型26
• 2.2.2 自由悬浮体模型26-27
• 2.2.3 气膜承载力27
• 2.2.4 物理模型27-28
• 2.2.5 求解方法28-29
• 2.2.6 求解过程及结果分析29-31
• 2.3 实验验证31-32
• 2.4 频率跟踪理论简介32-33
• 2.4.1 换能器等效电路32-33
• 2.4.2 锁相环法33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 气体挤压膜悬浮平台控制器硬件设计34-51
• 3.1 控制系统总体设计34
• 3.2 主控芯片34-35
• 3.2.1 芯片特性34-35
• 3.2.2 硬件资源35
• 3.3 最小系统35-40
• 3.3.1 电源电路36-37
• 3.3.2 时钟电路37-38
• 3.3.3 JTAG电路38
• 3.3.4 引导电路38-39
• 3.3.5 串口电路39-40
• 3.4 外围电路设计40-44
• 3.4.1 信号发生电路40-41
• 3.4.2 信号调理电路41
• 3.4.3 频率跟踪电路41-44
• 3.5 功率放大电路设计44-48
• 3.5.1 压电陶瓷功放分类44-45
• 3.5.2 高压放大电路设计45-46
• 3.5.3 功率放大级电路设计46-47
• 3.5.4 功率放大器总体电路47-48
• 3.6 电路板制作48-50
• 3.6.1 PCB总体设计流程48
• 3.6.2 控制器电路板设计48-49
• 3.6.3 功率放大器电路板49-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第四章 气体挤压膜悬浮平台控制器软件设计51-65
• 4.1 DSP程序初始化配置51-56
• 4.1.1 时钟模块设置51-52
• 4.1.2 看门狗模块52
• 4.1.3 寄存器保护机制52-53
• 4.1.4 中断53
• 4.1.5 外设接口53-54
• 4.1.6 通用输入输出接口54
• 4.1.7 捕获模块54-55
• 4.1.8 AD模块55-56
• 4.1.9 DMA模块56
• 4.2 信号输出程序设计56-58
• 4.2.1 IQmath库56-57
• 4.2.2 正弦数据输出57
• 4.2.3 正弦波频率控制57-58
• 4.3 控制算法设计58-64
• 4.3.1 控制模型58-59
• 4.3.2 PID算法简介59-60
• 4.3.3 数字PID算法60-61
• 4.3.4 模糊PID控制的基本原理61-62
• 4.3.5 模糊控制器设计62-63
• 4.3.6 控制算法仿真63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 系统调试与实验验证65-80
• 5.1 DSP系统开发工具65-69
• 5.1.1 实验系统65
• 5.1.2 CCS开发软件65-66
• 5.1.3 仿真器66-67
• 5.1.4 程序的烧录67-69
• 5.2 CMD文件69-71
• 5.2.1 CMD简介69-70
• 5.2.2 IQmath CMD文件设置70
• 5.2.3 FLASH烧录CMD文件设置70-71
• 5.3 系统调试71-73
• 5.3.1 信号输出模块的调试71-72
• 5.3.2 AD模块调试72
• 5.3.3 频率测量模块调试72-73
• 5.3.4 软件调试73
• 5.4 实验设备73-76
• 5.4.1 压电换能器73-75
• 5.4.3 功率放大器75
• 5.4.4 位移传感器75-76
• 5.5 实验研究76-79
• 5.5.1 实验分析76-79
• 5.5.2 实验结果总结79
• 5.6 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 主要工作总结80-81
• 6.2 后续工作展望81-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文86

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