气体挤压膜悬浮平台控制系统的设计与研究

发布时间：2017-09-02 16:36

  本文关键词：气体挤压膜悬浮平台控制系统的设计与研究

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【摘要】：基于气体挤压膜原理的气体挤压膜轴承是一种新型支承方式，具有结构简单、支承精度高、适应性好等优点，在精密仪器和微细加工等领域有着广阔的应用前景。虽然气体挤压膜轴承的研究在不断发展，但其一直没能在工程领域得到有效应用。设计一种适用于气体挤压膜轴承的驱动控制系统，将是推动气体挤压膜轴承向生产实践发展的重要环节。 以气体挤压膜理论为基础，通过对气体润滑雷诺方程进行数值求解，分析了激振振幅与激振频率对挤压膜的影响。根据分析得到的结论，以实验室已有气体挤压膜悬浮平台为控制对象，，提出了一种气体挤压膜悬浮平台的控制系统设计方案。设计并制作了控制系统的硬件电路，该硬件电路以基于STC12C5412AD单片机的数字控制器模块为核心，由可变增益放大器模块、信号发生器模块、驱动电源模块等电路组成。通过简化力学模型的方法，建立了气体挤压膜悬浮平台的数学模型。采用C语言编写了基于不完全微分PID控制算法的控制系统软件。 搭建了气体挤压膜悬浮平台试验系统。应用所设计的控制系统进行气体挤压膜悬浮平台的稳定悬浮试验。试验结果表明该控制系统能够满足平台稳定悬浮的要求，由此证明了设计方法可行，并为今后进一步实现更先进的控制方法提供了依据。
【关键词】：气体挤压膜轴承 气体挤压膜 控制系统 不完全微分PID
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP273;TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图表清单9-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 引言14-15
• 1.2 气体挤压膜轴承技术概述15-19
• 1.2.1 气体挤压膜轴承的研究与发展15-18
• 1.2.2 气体挤压膜轴承控制技术的发展情况18-19
• 1.3 课题研究的目的与意义19-20
• 1.4 论文的内容安排20-21
• 第二章 气体挤压膜悬浮平台的支承机理与悬浮特性21-38
• 2.1 挤压作用21-22
• 2.2 气体挤压膜基本方程22-27
• 2.2.1 纳维-斯托克斯方程22-24
• 2.2.2 连续性方程24
• 2.2.3 气体润滑雷诺方程24-27
• 2.2.3.1 直角坐标系下雷诺方程的建立24-26
• 2.2.3.2 柱坐标系下雷诺方程的建立26-27
• 2.3 气体挤压膜的承载能力分析27-35
• 2.3.1 气体挤压膜悬浮平台的几何模型27-28
• 2.3.2 气体挤压膜理论模型的选择28-29
• 2.3.3 雷诺方程的求解29-30
• 2.3.4 气膜承载性能的影响因素分析30-35
• 2.4 实验验证分析35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 气体挤压膜悬浮平台控制系统的硬件设计38-55
• 3.1 气体挤压膜悬浮平台控制系统的工作原理38-39
• 3.2 数字控制器模块设计39-45
• 3.2.1 控制器芯片选择因素39
• 3.2.2 STC12C5412AD 芯片的性能介绍39-41
• 3.2.3 STC12C5412AD 外围电路设计41-43
• 3.2.3.1 时钟电路41
• 3.2.3.2 复位电路41-42
• 3.2.3.3 A/D 转换电路42-43
• 3.2.3.4 通信模块电路43
• 3.2.4 D/A 转换器电路43-45
• 3.3 控制系统其他模块设计45-54
• 3.3.1 信号发生器模块设计45-47
• 3.3.3 可变增益放大器模块设计47-49
• 3.3.4 驱动电源模块49-53
• 3.3.4.1 驱动电源原理49-52
• 3.3.4.2 驱动电源模块设计52-53
• 3.3.5 其他辅助模块设计53-54
• 3.3.5.1 电源模块设计53
• 3.3.5.2 输入信号处理电路设计53-54
• 3.3.5.3 接地电路设计54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 控制系统的数学模型建立与软件设计55-65
• 4.1 控制系统数学模型的建立55-59
• 4.1.1 气体挤压膜悬浮平台数学模型的建立55-59
• 4.1.2 控制系统硬件模块的传递函数59
• 4.2 气体挤压膜悬浮平台的 PID 控制59-63
• 4.2.1 PID 控制器概述59-60
• 4.2.2 PID 控制原理60-62
• 4.2.3 PID 控制器设计62-63
• 4.3 控制算法的软件实现63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 控制系统的试验研究65-74
• 5.1 控制系统的开发与调试工具65-68
• 5.1.1 Keil Cx51 编译器65-66
• 5.1.2 通信电路与线缆66-67
• 5.1.3 STC-ISP 烧录软件67-68
• 5.2 控制系统调试68-71
• 5.2.1 硬件调试68-70
• 5.2.2 软件调试70-71
• 5.3 控制系统的试验研究71-73
• 5.3.1 试验系统构成71-72
• 5.3.2 稳定悬浮试验72-73
• 5.3.3 试验分析73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 主要工作总结74
• 6.2 后续工作展望74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：779694