基于DSP的磁力轴承数字控制系统研究

发布时间：2020-06-15 10:51

【摘要】：主动磁力轴承(以下简称磁轴承或AMB)是利用可控的磁场力将转子稳定地悬浮在空中,实现转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型的高性能轴承。因它具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命长等优良特性,在航空航天、真空技术、机床与高速旋转等高科技领域有着广阔的应用前景。 磁轴承系统的动态性能(刚度、阻尼以及稳定性等)在很大程度上取决于所使用的控制器的控制规律,采用较好的控制器和控制规律可以大大改善系统的动态性能。为了提高磁轴承性能、可靠性和减小控制器体积,本文以数字信号处理器TMS320LF2407A为核心自行开发了一套磁轴承数字控制系统,并进行了试验调试,实现了磁悬浮转子多自由度的稳定悬浮。同时,本文对IIR滤波器进行了理论和仿真研究,并将其应用于磁轴承数字控制系统中。 本文首先介绍了磁轴承的基本工作原理和所研究的磁悬浮主轴的机械结构,分析了磁力轴承系统中的磁场以及电磁力的表达式,在此基础上推导出磁力轴承的数学模型;进一步经过线性化处理导出了磁力轴承的线性化模型,给出了磁力轴承闭环控制系统框图;然后介绍了所设计的磁力轴承数字控制系统的硬件框架,重点介绍了DSP最小系统、位置检测电路、抗混叠滤波器、A/D采样通道、D/A采样通道以及功率放大电路;进一步介绍了控制系统的软件结构,给出了详细的软件流程图,重点介绍了PID控制参数整定和程序变量定标的方法;在大量的实验研究基础上,给出了部分实验曲线。 滤波器的性能对提高磁力轴承控制系统的控制性能具有重大的意义。本文利用MATLAB信号处理工具箱的FDATOOL工具设计了一种应用于磁力轴承控制的IIR数字滤波器,完成对A/D采样数据的低通滤波,并将该滤波器应用于磁力轴承控制系统中。仿真结果和实际运行结果都表明,设计的IIR滤波器能够满足磁力轴承控制的要求,滤波效果良好。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH133.3
【图文】：

S1一-一垫圈19一--一电机底座20--一电子定子21一-一中心轴27一--一轴向定子线圈本文所研究的主动磁轴承的总体结构图如图2一2所示。在轴承的轴向和径向上都设计有保护轴承，在磁轴承正常工作期间，保护轴承和转子之间并不接触。当突然断电或主动磁轴承系统失控时，保护轴承起临时支承高速旋转的转轴的作用，以防止转轴与电机定子及磁轴承定子相碰撞而毁坏整个磁轴承系统。同时，由于磁力与距离的平方是成反比关系的，理论上讲，转子与定子吸和时的电磁力是趋向与无穷大的，保护轴承还起到防止转子与定子贴上而“吸死”。

导体靠近探头时，这个电压值与线圈到被测体之间的距离S成线性变化，从而实现机械位移量转换成电压信号。该电涡流传感器分为探头和信号处理器模块两个部分。图3一12为其实物示意图。

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本文编号：2714311