基于数字PID调节的磁力轴承功率放大器的研究

发布时间：2020-03-24 20:09

【摘要】： 磁悬浮轴承是利用磁场力将转子无机械摩擦、无润滑的悬浮在空间的一种新型高性能轴承。它是一种高新技术,涉及到电磁学、机械学、转子动力学、控制理论和计算机科学等众多领域。由于转子与定子之间没有机械接触,转子可以达到很高的运转速度,几乎不存在机械磨损,具有寿命长、无需润滑、功耗低、噪音小等特点。主动磁力轴承的功耗和噪声极低,能适用于多种复杂的应用环境,特别适合在高速、真空、超洁净等环境中使用。 功率放大器是磁力轴承控制系统的重要组成部分,它将控制信号放大或转换成有足够能量的功率信号以驱动电磁铁执行器,它的性能优劣对控制系统有重要影响。传统的模拟功率放大器有调整参数不方便,难以实现优化控制,并且容易受到外界干扰等缺点,相比较数字功率放大器,具有硬件集成度高,控制性能好,抗干扰能力高,响应速度快等优点。因此本文的创新点就是在研究模拟功率放大器的基础上研究数字功率放大器,提高磁力轴承的性能。 本文首先介绍了磁力轴承的发展和研究现状。然后,在简要分析了磁力轴承工作原理的基础上,推导了单自由度情况下电磁力与控制电流、转子位移之间的非线性关系。其次,设计了基于DSP(TMS320C6713)的数字功率放大器硬件结构和软件算法,并详细介绍了磁力轴承功率放大器设计中涉及到的功率电路结构形式,电流变化率,功率放大器的效率,功率器件,开关频率,软开关技术等性能指标,然后介绍了单自由度和多自由度的测量系统,并提出了磁力轴承位移测量的关键技术和解决方案,并在电磁兼容方面进行了分析研究。最后本文的实验部分是在Matlab中建立了磁力轴承数字功率放大器模型,利用Simulink进行了仿真,得到了位置跟随曲线、阶跃响应曲线、电流纹波曲线和电流跟随曲线。 最后根据系统仿真实验的结果,表明数字功率放大器的控制性能能够达到模拟功率放大器的要求,同时由于数字功率放大器本身的优点,数字功率放大器可以替代传统的模拟功率放大器。
【图文】：

泵和真空泵等。另外，还有瑞士的Levitronix和IBAe，IBAG生产70000r/min和40000r/min两个系列的机床用磁悬浮电主轴，静态刚度能达到 500N/pm和1000N/pm。图1一1和图1一2为近年来国外公司生产的磁力轴承产品和将磁悬浮技术应用在医学领域的例子。图1一 1Levitronix公司制造的磁力轴承、电机和高速转子图l一 2Cardiowest磁悬浮临时性人工心脏1.1.1国内外磁力轴承的研究现状分析从磁悬浮轴承50年代诞生于美国以来，随着控制理论、电子技术和机电控制技术的发展，磁悬浮轴承技术进入了一个飞速发展的阶段，越来越多的研究单位和技术公司投入到磁悬浮轴承的研制与开发中lvl。七十年代，欧洲市场上首次出现磁悬浮轴承产品，从1988年起，国际上每两年召开一次磁轴承技术会议，美国从1991年起也是每两年召开一次国际磁悬浮技术会议，九十年代初在瑞士成立了国际磁悬浮轴承研究中心。从最近的五届国际磁悬浮轴承会议论文来看，磁悬浮轴承技术在一些西方国家已趋成熟

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【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH133.3

【引证文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 花榕泽;轴向磁悬浮轴承位移检测与控制系统研究[D];南京理工大学;2012年

2 张赓;磁力轴承用数字功率放大器的研究[D];武汉理工大学;2013年

本文编号：2598799