基于DSP的磁悬浮盘片控制系统的设计与研究

发布时间：2020-04-11 02:27

【摘要】： 在一千多年前人们开始了对磁场的认识和应用,从19世纪开始磁场的特殊性能引起人们的重视,对磁场的应用和研究达到高潮。但是磁场的作用机理是一个非常复杂的自然现象,人们对其认识还有待深入。磁悬浮支承技术在设备向小型、微型化方向发展时,对空间的要求越来越紧凑,因此希望磁悬浮支承所占有的空间越小越好。如磁悬浮心脏泵安放在病人体内时要求尽量小以减轻痛苦、硬盘体积要求越来越小以适应电脑小型化高密度方向的发展等等。以两个径向磁力轴承和一个轴向磁力轴承为特征的传统磁悬浮支承结构不易实现小型化方向的发展;同时对于盘状磁悬浮转子的支承,如果采用传统磁悬浮支承结构,还需加辅助的机械支承结构才能实现转子定位,这不利于小型化趋势。另外对于普通的磁悬浮转子,也希望其磁悬浮支承结构和控制结构尽量简化。本文以磁悬浮盘片为研究对象,开展了基于DSP的磁悬浮盘片的数字控制系统的研究,建立了先进的硬件研究平台,并对传统PID算法和基于模式识别的多模态控制进行了研究。本文基于控制系统数学模型,提出了适合本控制对象的磁悬浮盘片数字控制系统的设计方案,以TMS320C6713为核心处理器,设计了控制器的硬件电路并进行优化,包括使用抗混叠滤波器对输入信号进行滤波,提高了输入信号的精确性,设计A/D转换电路对传感器信号进行无相位差采集等。基于分散式控制思想,在磁悬浮盘片控制系统中应用了传统的PID算法,并根据磁悬浮盘片的实际要求提出了基于模式识别的多模态控制算法,实现了系统的较好控制。最后本文利用MATLAB进行了仿真,给出了磁悬浮盘片的悬浮效果图。图像表明,所设计的控制系统和算法能够使磁悬浮盘片稳定悬浮,且具有响应速度快,超调小,和控制精度高的优点。
【图文】：

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武汉理工大学硕士学位论文收购，是一家从事磁力轴承产品开发的专门公司，其产品应用在密封马达、磨头、高速铣削、压缩机、分子泵、空调压缩机、分子泵和真空泵等。另外，还有瑞士的玩vitronix和IBAG，IBAG生产70000r/min和4O00Of/lllin两个系列的机床用磁悬浮电主轴，静态刚度能达到500N枷m和1000帅m。1995年日本精工精机公司在意大利国际机床博览会上展出了采用磁力轴承主轴的机械加工中心MV-40B。日本已将磁力轴承作为21世纪占主导地位的轴承大力发展。加拿大Revofve公司己经开始探讨扩大磁力轴承工业化应用的方法。

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Revofve公司己经开始探讨扩大磁力轴承工业化应用的方法。蘸蘸{黔影纂攀…藕粼断一价毒图1一1左:玫vitronix公司制造的磁力轴承、电机和高速转子110];右:sKF公司制造的高速磁悬浮电主轴l‘7】综合国内外磁力轴承的研究情况，其发展呈如下趋势:(l)从传统的磁力轴承结构向更简化、更紧凑的结构方向发展。如采用洛仑兹力作辅助支承【‘s][‘91120]，，采用径向磁力轴承的轴向作用力作辅助支承lzl]阵}可以使结构简化;(2)从低速向高速、高阶模态、低功耗发展，主要是高速转子方向;(3)从刚性转子向柔性转子发展;俨)从PID控制向非线性控制、多模态控制、DSP控制等发展;(5)从单一磁力轴承向混合磁力轴承发展;(6)向无传感器磁轴承发展。目前所研究的盘状磁悬浮转子支承主要包括:磁悬浮硬盘、磁悬浮动量轮、磁悬浮储能飞轮、磁悬浮微特电机等等。在它们各自的磁悬浮支承研究中采用了不同方式;同时也通过不同的方式，或采用传统磁力轴承结构增加辅助支承、或增加辅助电磁铁、或借用同一电磁铁的辅助力来实现转子的稳定悬浮。也即没有统一的研究结构，有时还不利于结构简化。
【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

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