传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统研究
本文选题:磁悬浮轴承 + 冗余传感器 ; 参考:《南京航空航天大学》2012年硕士论文
【摘要】:随着磁悬浮技术的不断发展,对系统可靠性的要求越来越高。在主动磁悬浮轴承转子系统中,位移传感器的探头被安装在转子附近,因此会经常受到转子高速运行时所产生的振动和空气涡流所带来的温升的考验,工作环境相当恶劣,是整个系统最容易发生故障的部件之一。为了提高磁悬浮轴承转子系统的可靠性,采用传感器冗余设计是一种有效方式。 本文利用ADAMS、ANSYS和MATLAB软件建立了磁悬浮轴承柔性转子系统五自由度仿真模型,并采用不完全微分PID和模糊PID控制策略对系统进行了联合仿真,分析了磁悬浮轴承柔性转子系统在起浮阶段和高速旋转状态下传感器位置发生变化时系统的动态特性。另外,本文设计了基于TMS320F28335DSP的数字控制器,,编写了模糊PID和不完全微分PID控制算法程序,建立了基于BP神经网络的传感器故障诊断系统和基于信号差值比较的故障诊断系统,并编写了相应的程序。最后设计制作了传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统试验装置,通过人为切断传感器信号线的方式模拟了转子在静态悬浮和高速旋转状态下传感器的失效,研究了传感器失效对系统静态和动态特性的影响。 研究结果表明,当切断传感器信号线后,控制器能够准确地诊断出故障传感器,并能及时启动处理方案,其后转子仍然可以维持稳定悬浮和高速旋转。此外,通过对两种控制策略下系统动态性能的比较,验证了本文设计的模糊PID要比不完全微分PID具有更好的控制效果。
[Abstract]:With the development of maglev technology, the requirement of system reliability is higher and higher. In the active magnetic bearing rotor system, the probe of the displacement sensor is installed near the rotor, so it is often tested by the vibration produced by the rotor when it is running at high speed and the temperature rise caused by the air eddy current, and the working environment is very bad. It is one of the most vulnerable parts of the system. In order to improve the reliability of magnetic bearing rotor system, redundant sensor design is an effective way. In this paper, a five-degree-of-freedom simulation model of magnetic bearing flexible rotor system is established by using Adams ANSYS and MATLAB software, and the incomplete differential PID and fuzzy PID control strategy are used to simulate the system. The dynamic characteristics of the flexible rotor system of magnetic suspension bearing are analyzed when the sensor position changes in the floating stage and the high speed rotation state. In addition, the digital controller based on TMS320F28335DSP is designed, the fuzzy PID and incomplete differential PID control algorithms are programmed, the sensor fault diagnosis system based on BP neural network and the fault diagnosis system based on signal difference comparison are established. The corresponding program is written. Finally, the experiment device of magnetic bearing rotor system with sensor redundancy is designed and manufactured. The sensor failure under static suspension and high speed rotation is simulated by cutting off the signal line of the sensor artificially. The effect of sensor failure on the static and dynamic characteristics of the system is studied. The research results show that the controller can accurately diagnose the fault sensor and start the processing scheme in time after cutting off the signal line of the sensor, and the rotor can still maintain stable suspension and high speed rotation after the rotor is cut off. In addition, by comparing the dynamic performance of the system with two control strategies, it is proved that the fuzzy PID designed in this paper has better control effect than the incomplete differential 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】:2012
【分类号】:TH133.3
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本文编号:1869115
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