电磁轴承数字控制系统的设计与研究
发布时间：2021-11-05 13:36
电磁轴承是典型的机电一体化系统，包括电气子系统(传感器、控制器和功率放大器)和机械子系统(转子、定子和线圈)，其性能好坏主要取决于电气子系统性能。本文主要对其电气子系统，特别是功率放大器和基于DSP的数字控制器，开展研究。首先简要介绍了磁轴承的分类及工作原理，概述了主动电磁轴承的研究现状、发展趋势及工业应用：建立了单自由度电磁轴承系统的数学模型，利用MATLAB/SIMULlNK对系统特性进行了仿真，并讨论了不同的PID控制参数对系统阶跃响应的影响。其次介绍了功率放大器的工作原理和工作状态，分析了开关功率放大器的各种拓扑结构和控制策略，研究了电磁轴承用三电平PWM开关功率放大器，对其动、静态性能进行了仿真和实验测试。之后研究了电磁轴承的数字控制器，选择PID算法作为系统的控制策略，设计了基于TMS320F240 DSP的数字控制程序以及相应的A/D采样电路、D/A转换电路和滤波电路，并设计了用于串口调试参数的上位机软件，实现了在线调试功能。最后在一个控制箱内集成了电磁轴承控制系统，确认各部分功能与接口的正确后进行了综合调试，通过静态与动态悬浮实验，结果证明了电磁轴承数字控制系统达到了设...
【文章来源】： 浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【文章目录】：
目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 磁轴承概述
1.1.1 磁轴承的分类和工作原理
1.1.2 电磁轴承的发展历史和研究现状
1.1.3 电磁轴承的特点和工业应用
1.2 电磁轴承数字控制系统概述
1.2.1 电磁轴承数字控制系统的组成
1.2.2 开关功率放大器
1.2.3 数字控制器
1.3 论文工作和内容安排
1.3.1 本文所做的工作
1.3.2 论文内容安排
第二章 电磁轴承系统的数学模型
2.1 电磁轴承系统的数学模型
2.1.1 五自由度电磁轴承系统的基本结构
2.1.2 单自由度电磁轴承的数学模型
2.2 单自由度电磁轴承系统的仿真
2.2.1 仿真条件
2.2.2 仿真结果
2.3 本章小节
第三章 开关功率放大器的设计与研究
3.1 开关功率放大器
3.1.1 开关功放原理
3.1.2 开关功放主电路的拓扑结构
3.1.3 电压─电流型开关功放控制策略及实现方式
3.1.4 开关功放性能参数
3.2 三电平PWM电压─电流型开关功率放大器的设计与研究
3.2.1 三电平PWM功放原理
3.2.2 三电平PWM功放电路
3.2.3 三电平PWM功放性能仿真
3.2.4 三电平PWM功放实验测试
3.3 本章小节
第四章 数字控制器的设计与研究
4.1 数字控制器硬件选择
4.1.1 处理器的选择
4.1.2 DSP型号的选择
4.1.3 TMS320F240的特点概述
4.2 数字控制器硬件设计
4.2.1 DSP硬件电路结构
4.2.2 信号调理电路
4.2.3 A/D采样电路
4.2.4 D/A转换电路
4.2.5 存储器扩展及串行通信接口
4.3 数字控制器软件设计
4.3.1 PID控制策略
4.3.2 数字PID控制器的设计
4.3.3 数字控制器的软件流程
4.4 上位机在线调试软件设计
4.5 本章小节
第五章 系统集成和系统调试
5.1 系统集成
5.1.1 系统集成方案
5.1.2 系统抗干扰
5.2 系统软硬件调试
5.2.1 系统调试方案
5.2.2 数字控制器软件调试
5.2.3 上位机软件调试
5.2.4 采样频率的选择和PID参数整定
5.2.5 数字控制器硬件调试
5.3 系统综合调试结果
5.3.1 单自由度测试
5.3.2 两自由度测试
5.3.3 四自由度悬浮测试
5.4 本章小节
第六章 总结和展望
6.1 本文所做的主要工作
6.2 对下一步工作的展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁轴承脉宽调制型开关功放的实现及电流纹波分析 [J]. 张亮,房建成. 电工技术学报. 2007(03)
[2]无轴承永磁同步电机悬浮子系统的LQG/LTR控制器设计 [J]. 孟令孔,邓智泉,王晓琳,仇志坚. 航空学报. 2007(02)
[3]改进遗传算法在磁悬浮轴承控制中的应用 [J]. 徐征. 华东交通大学学报. 2007(01)
[4]一种应用于主动磁轴承控制的三态功放设计 [J]. 张丹红,董瑞,刘开培,吴慧峰. 电力电子技术. 2006(03)
[5]H∞控制理论在磁悬浮轴承系统中的应用研究 [J]. 徐龙祥,张金淼,余同正. 中国机械工程. 2006(10)
[6]基于Internet的主动电磁轴承结构设计系统 [J]. 朱爱斌,陈渭,陈永进,谢友柏. 润滑与密封. 2006(03)
[7]电磁轴承功率放大器参数设计 [J]. 谷会东,赵鸿宾,赵雷. 机械工程学报. 2006(02)
[8]磁力轴承系统PID控制特性的研究 [J]. 高志华,胡业发. 机械工程与自动化. 2005(05)
[9]永磁型无轴承电机的设计与运行分析 [J]. 年珩,贺益康. 浙江大学学报(工学版). 2005(06)
[10]永磁磁轴承数学模型的研究 [J]. 孙立军,张涛,赵兵. 机械工程学报. 2005(04)
硕士论文
[1]电磁轴承数字控制系统设计[D]. 毛智伟.浙江大学 2006
[2]基于神经网络的磁悬浮轴承系统辨识研究[D]. 瞿海妮.苏州大学 2006
[3]基于DSP2812的磁悬浮轴承控制器研究[D]. 夏辉.武汉理工大学 2006
[4]基于ARM微处理器开发平台的对磁悬浮轴承的控制研究[D]. 施文娟.苏州大学 2006
[5]电磁轴承功率放大器的设计和研究[D]. 杜方芳.浙江大学 2005
[6]电磁轴承数字控制系统的设计与研究[D]. 王金堂.浙江大学 2005
[7]电磁轴承开关功率放大器的设计与研究[D]. 蔡晓峰.浙江大学 2004
[8]磁轴承开关型功率放大器的研究[D]. 臧晓敏.南京航空航天大学 2004
[9]基于双DSP的磁轴承数字控制器的研究[D]. 蒋远松.南京航空航天大学 2004
[10]电磁轴承功率放大器的研究[D]. 许峰.山东科技大学 2003
本文编号：3477902
【文章来源】： 浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【文章目录】：
目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 磁轴承概述
1.1.1 磁轴承的分类和工作原理
1.1.2 电磁轴承的发展历史和研究现状
1.1.3 电磁轴承的特点和工业应用
1.2 电磁轴承数字控制系统概述
1.2.1 电磁轴承数字控制系统的组成
1.2.2 开关功率放大器
1.2.3 数字控制器
1.3 论文工作和内容安排
1.3.1 本文所做的工作
1.3.2 论文内容安排
第二章 电磁轴承系统的数学模型
2.1 电磁轴承系统的数学模型
2.1.1 五自由度电磁轴承系统的基本结构
2.1.2 单自由度电磁轴承的数学模型
2.2 单自由度电磁轴承系统的仿真
2.2.1 仿真条件
2.2.2 仿真结果
2.3 本章小节
第三章 开关功率放大器的设计与研究
3.1 开关功率放大器
3.1.1 开关功放原理
3.1.2 开关功放主电路的拓扑结构
3.1.3 电压─电流型开关功放控制策略及实现方式
3.1.4 开关功放性能参数
3.2 三电平PWM电压─电流型开关功率放大器的设计与研究
3.2.1 三电平PWM功放原理
3.2.2 三电平PWM功放电路
3.2.3 三电平PWM功放性能仿真
3.2.4 三电平PWM功放实验测试
3.3 本章小节
第四章 数字控制器的设计与研究
4.1 数字控制器硬件选择
4.1.1 处理器的选择
4.1.2 DSP型号的选择
4.1.3 TMS320F240的特点概述
4.2 数字控制器硬件设计
4.2.1 DSP硬件电路结构
4.2.2 信号调理电路
4.2.3 A/D采样电路
4.2.4 D/A转换电路
4.2.5 存储器扩展及串行通信接口
4.3 数字控制器软件设计
4.3.1 PID控制策略
4.3.2 数字PID控制器的设计
4.3.3 数字控制器的软件流程
4.4 上位机在线调试软件设计
4.5 本章小节
第五章 系统集成和系统调试
5.1 系统集成
5.1.1 系统集成方案
5.1.2 系统抗干扰
5.2 系统软硬件调试
5.2.1 系统调试方案
5.2.2 数字控制器软件调试
5.2.3 上位机软件调试
5.2.4 采样频率的选择和PID参数整定
5.2.5 数字控制器硬件调试
5.3 系统综合调试结果
5.3.1 单自由度测试
5.3.2 两自由度测试
5.3.3 四自由度悬浮测试
5.4 本章小节
第六章 总结和展望
6.1 本文所做的主要工作
6.2 对下一步工作的展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁轴承脉宽调制型开关功放的实现及电流纹波分析 [J]. 张亮,房建成. 电工技术学报. 2007(03)
[2]无轴承永磁同步电机悬浮子系统的LQG/LTR控制器设计 [J]. 孟令孔,邓智泉,王晓琳,仇志坚. 航空学报. 2007(02)
[3]改进遗传算法在磁悬浮轴承控制中的应用 [J]. 徐征. 华东交通大学学报. 2007(01)
[4]一种应用于主动磁轴承控制的三态功放设计 [J]. 张丹红,董瑞,刘开培,吴慧峰. 电力电子技术. 2006(03)
[5]H∞控制理论在磁悬浮轴承系统中的应用研究 [J]. 徐龙祥,张金淼,余同正. 中国机械工程. 2006(10)
[6]基于Internet的主动电磁轴承结构设计系统 [J]. 朱爱斌,陈渭,陈永进,谢友柏. 润滑与密封. 2006(03)
[7]电磁轴承功率放大器参数设计 [J]. 谷会东,赵鸿宾,赵雷. 机械工程学报. 2006(02)
[8]磁力轴承系统PID控制特性的研究 [J]. 高志华,胡业发. 机械工程与自动化. 2005(05)
[9]永磁型无轴承电机的设计与运行分析 [J]. 年珩,贺益康. 浙江大学学报(工学版). 2005(06)
[10]永磁磁轴承数学模型的研究 [J]. 孙立军,张涛,赵兵. 机械工程学报. 2005(04)
硕士论文
[1]电磁轴承数字控制系统设计[D]. 毛智伟.浙江大学 2006
[2]基于神经网络的磁悬浮轴承系统辨识研究[D]. 瞿海妮.苏州大学 2006
[3]基于DSP2812的磁悬浮轴承控制器研究[D]. 夏辉.武汉理工大学 2006
[4]基于ARM微处理器开发平台的对磁悬浮轴承的控制研究[D]. 施文娟.苏州大学 2006
[5]电磁轴承功率放大器的设计和研究[D]. 杜方芳.浙江大学 2005
[6]电磁轴承数字控制系统的设计与研究[D]. 王金堂.浙江大学 2005
[7]电磁轴承开关功率放大器的设计与研究[D]. 蔡晓峰.浙江大学 2004
[8]磁轴承开关型功率放大器的研究[D]. 臧晓敏.南京航空航天大学 2004
[9]基于双DSP的磁轴承数字控制器的研究[D]. 蒋远松.南京航空航天大学 2004
[10]电磁轴承功率放大器的研究[D]. 许峰.山东科技大学 2003
本文编号：3477902
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3477902.html
