电磁轴承数字控制系统设计

发布时间：2020-09-08 19:24

　　 主动电磁轴承(Active Magnetic Bearing)是一种利用可控电磁力将转子悬浮起来的新型轴承，具有无摩擦、无污染、长寿命等传统轴承无法比拟的优点。它是一个典型的机电一体化系统，包括电气控制系统(传感器、功率放大器、控制器)和机械系统(电磁轴承定子、转子、执行线圈)，其性能的好坏主要取决于电气控制系统的性能。本文以主动电磁轴承的控制器和功率放大器为研究对象，对其进行了深入的研究。 本文首先介绍了电磁轴承系统的组成和原理，对其各部分功能进行了分析，建立了单自由度电磁轴承系统的数学模型，并利用MATLAB对其特性进行了仿真。 接着讨论了电磁轴承的开关功率放大器，对其拓扑结构、调制方法、控制方式等做了分析。详细介绍了本文设计的两电平和三电平PWM开关功放的电路结构、控制电路、效率和纹波等，对功放的特性进行了仿真并测试了其性能。 然后介绍了电磁轴承数字控制系统的结构，分为硬件和软件两方面对其进行了详细的阐述。硬件设计方面主要包括微处理器的选择、传感器滤波电路、DAC连接、DSP外设接口等，软件设计包括包括控制策略的选择、PID数字算法的推导、控制算法的程序实现等。 最后对电磁轴承系统各部分进行了联合调试，成功完成了四个自由度的静态和动态悬浮，实验结果表明系统起浮平稳，阻尼合适，在大范围内稳定性好，能满足电磁轴承系统运行要永，论文所做的工作达到了预期的目标。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TH133.3;TP273
【部分图文】：

.电磁轴承本体电磁轴承的本体即其机械被控部分，包括径向轴承定子、转子和推力轴承定子、推力盘及各轴承定子上嵌入的绕组。径向轴承定转子结构如图2.2(a)所示，它的定子上绕圆周均匀分布一定形状的槽，槽里嵌入线圈绕组。当不同的绕组中通入电流时，产生不同方向的磁力吸引转子。电磁推力轴承如图2.2(b)所示，一戍采用环形的定子结构和绕组，两边定子嵌入绕组，通过控制绕组电流吸引推力盘前后轴向运动。对于径向轴承转子部分，一般在转子两端过盈配合装上一个热套形成转子轴颈，而推力轴承则在转轴上过盈配合装有推力盘。径向轴承的定子、转子轴颈和推力轴承的定子、推力盘一般采用异磁性能优良的硅钢片叠成，以增加磁导率，减少涡流损耗。

图24单白由度差动驱动模式设轴承气隙横截面积为凡，线圈匝数为N，稳态时的气隙为马、，当垂直方向偏移少时一，设转子与上磁铁之间的气隙为(c’(，十少)，转子与下磁铁之间的气川。偏磁电流为气，功率放大器以差动方式工作时，一上、下线圈上的电流分别(、一毛)，则上、行电磁铁上产生的电磁吸力分别为:厂刀。)sn入21二尸。、万{入’2r!=—=—4断4_两凡)NZ‘_从)叹!入24汉4{粗2{洲2从，=4二xlo一’(H价7)为真空磁导率。则作用在转子垂直上的电磁合力月为:厂、=rl一r=—}}—!

G八?)一人:·人，令··，Kj，1+万了(二.12)5.系统的闭环传递函数采用电流控制的电磁轴承系统结构框图如图2.5所示，其中位移传感器环节的传递函数为G(、)，控制器环节的传递函数为q(s)，功放环节的传递函数为G。(、)，转子系统的传递函数为1’(、)。

【引证文献】

相关硕士学位论文 前3条

1 王春生;基于FPGA的主动电磁轴承控制系统设计[D];湖南大学;2010年

2 章琦;主动电磁轴承飞轮储能系统陀螺效应抑制研究[D];浙江大学;2012年

3 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：2814543