基于非线性PID算法的磁浮轴承电控系统研究
发布时间：2020-03-24 20:44
【摘要】： 电磁轴承是一种高新技术，是利用电磁力将转子无接触地悬浮起来的支撑部件，其研究涉及到电磁学、控制理论、机械学、转子动力学、计算机科学等众多领域。因具有传统轴承无法比拟的优点，所以在高速旋转机械领域得到了广泛的应用。 论文首先介绍了磁浮轴承的特点、国内外的发展状况及其发展趋势，并指出了磁浮轴承在研究与应用中仍存在的一些难题。接着以立式电磁轴承为研究对象介绍了各部分的组成及原理，并推导出了电磁轴承单自由度的数学模型。然后，论文就电磁轴承中功放环节和控制器环节两个主要部分进行了设计。在功放设计中，比较了目前开关功放各种调制技术的优缺点，从而选用了采样一保持型的调制技术，并详细阐述了功放电路各个部分的设计方法和过程；在控制器设计中，在传统PID控制算法的基础之上提出了一种非线性补偿型的PID控制算法。利用MATLAB仿真分析，验证了电磁轴承轴向系统的在非线性PID控制下的响应比PID控制更优，从理论上实现了磁悬浮系统的稳定控制。最后进行了基于DSP的磁浮轴承数字控制系统的软硬件设计。 实验实现了电磁轴承转子的单自由度悬浮，结果证明本设计在一定程度上的合理性。
【图文】：
控制系统设计提供依据。2.1概述图2一1简要显示了一个简单主动磁悬浮轴承系统的组成部分及功能[l1。一个典型的主动磁悬浮轴承是由转子、电磁铁(即执行机构)、传感器、调节控制单元和功率放大器等五大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为i0时，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，则这个位置也称为参考位置。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换为控制信号，，该控制信号使得电磁铁上的电流增加凡，相对于参考位置电流，此时的控制电流由i0增加到i0+l’.，因··调?
西南交通大学硕士研究生学位论文第56页如图5一2所示。ADC模块主要功能如下:.可同时对两个模拟输入量测量;.可实现单个转换或连续转换;.转换可由软件、内部事件或外部事件启动;.两级深度数字结果寄存器，用于保存完整的转换结果。别别别别别 别别别 HHHHH124洲ttttt}~n月。 lll ...:{{{{{{{{{{{八 OCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC日 日 日日 日日日侧自阳阳阳}、.响， lll ::::::::::::::::::::::::: }}}}}}}~n闪， lll }}}}}}}，~脚， lll别别别别 别别 HHHHHHHHH三 三‘‘ {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{ }}}}}}}}}}}}}}}}}}}一:们匕.，。lll...AIJ‘七泊目 目，ro肠村.目‘翻 ..}}} 333333333OCCCS叫曰.‘旧盯 111翻润四脚.盯222习 OCCC :::}}}}}}}}}}}二二 !!!!!!!!!!!图5一 1TMS320F28一2中A/D转换模块5.2.2片内存储器TMS320F2812片载有128Kx16的片载Flash存储器和2KX16的一次性程序存储器。Flash存储器分成8块 4Kx16和6块 16Kxl6
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH133.3;TM921.5
本文编号：2598833
【图文】：
控制系统设计提供依据。2.1概述图2一1简要显示了一个简单主动磁悬浮轴承系统的组成部分及功能[l1。一个典型的主动磁悬浮轴承是由转子、电磁铁(即执行机构)、传感器、调节控制单元和功率放大器等五大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为i0时，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，则这个位置也称为参考位置。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换为控制信号，，该控制信号使得电磁铁上的电流增加凡，相对于参考位置电流，此时的控制电流由i0增加到i0+l’.，因··调?
西南交通大学硕士研究生学位论文第56页如图5一2所示。ADC模块主要功能如下:.可同时对两个模拟输入量测量;.可实现单个转换或连续转换;.转换可由软件、内部事件或外部事件启动;.两级深度数字结果寄存器，用于保存完整的转换结果。别别别别别 别别别 HHHHH124洲ttttt}~n月。 lll ...:{{{{{{{{{{{八 OCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC日 日 日日 日日日侧自阳阳阳}、.响， lll ::::::::::::::::::::::::: }}}}}}}~n闪， lll }}}}}}}，~脚， lll别别别别 别别 HHHHHHHHH三 三‘‘ {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{ }}}}}}}}}}}}}}}}}}}一:们匕.，。lll...AIJ‘七泊目 目，ro肠村.目‘翻 ..}}} 333333333OCCCS叫曰.‘旧盯 111翻润四脚.盯222习 OCCC :::}}}}}}}}}}}二二 !!!!!!!!!!!图5一 1TMS320F28一2中A/D转换模块5.2.2片内存储器TMS320F2812片载有128Kx16的片载Flash存储器和2KX16的一次性程序存储器。Flash存储器分成8块 4Kx16和6块 16Kxl6
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH133.3;TM921.5
【引证文献】
相关硕士学位论文 前4条
1 李亮;基于PC的磁悬浮盘片控制系统的设计与研究[D];武汉理工大学;2008年
2 董菊华;基于FPGA的磁浮轴承控制系统研究[D];西南交通大学;2009年
3 胡波;磁浮轴承系统的监控及解耦控制研究[D];西南交通大学;2009年
4 王其磊;永磁偏置混合磁悬浮轴承结构设计及控制方法研究[D];兰州理工大学;2009年
本文编号：2598833
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