基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器控制

发布时间：2017-04-24 01:07

  本文关键词：基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器控制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁悬浮系统因具有无接触、使用寿命长、低功耗、无摩擦等优点而被广泛研究。为了实现磁悬浮系统的位置可控,系统多采用安装位置传感器来反馈悬浮物的位置信息,但是位置传感器的安装会使整个系统的机械尺寸变大、电路硬件复杂化以及成本增加。为了克服这些缺点,人们开始向无位置传感器控制方向进行研究。为此,本文提出利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制。论文主要工作与成果有:首先,提出了基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器的控制模式,分析了无位置传感器磁悬浮系统的工作机理,详细介绍了无位置传感器磁悬浮系统的结构和工作过程,并根据磁悬浮系统位置估计方法原理推导出本文所用的气隙长度测量方法。其次,完成对无位置传感器磁悬浮系统工作点参数的优化设计。通过分析系统各参数之间的关联与冲突问题,选取满足系统条件的各个参数的折衷值以使系统的性能达到最优。进一步,对无位置传感器磁悬浮系统进行控制研究。在建立磁悬浮系统数学模型的基础上,设计了PID控制器和Back-stepping控制器,然后对磁悬浮系统进行Matlab/Simulink仿真。仿真结果表明了利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制是可行的。最后,完成了无位置传感器磁悬浮系统的实验验证。设计了以XE164FN为核心的无位置传感器磁悬浮控制系统的硬件电路和相应的软件,并对系统进行实验研究,实验结果证明了利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制的可行性与有效性。
【关键词】：磁悬浮系统 位置估计 反推控制 锁相放大技术 XE164FN
【学位授予单位】：渤海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景及意义11
• 1.2 无位置传感器磁悬浮技术发展概述11-14
• 1.2.1 无位置传感器磁悬浮技术的研究现状11-12
• 1.2.2 磁悬浮系统控制方法的研究现状12-13
• 1.2.3 位置估计方法的研究现状13-14
• 1.3 锁相放大技术的研究现状14
• 1.4 论文的主要工作内容14-16
• 2 无位置传感器磁悬浮系统的工作机理与优化设计16-29
• 2.1 磁悬浮系统的基本结构及工作原理16-17
• 2.1.1 磁悬浮系统的基本结构16
• 2.1.2 磁悬浮系统的工作原理16-17
• 2.2 磁悬浮系统无位置传感器控制的基本原理17-18
• 2.3 基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器控制的工作过程18-19
• 2.4 基于锁相放大技术的气隙长度测量方法19-21
• 2.5 锁相放大技术的概况21-24
• 2.5.1 锁相放大技术的原理21-22
• 2.5.2 锁相放大器的构成22-24
• 2.6 无位置传感器磁悬浮系统的优化设计24-28
• 2.6.1 电磁铁设计24-25
• 2.6.2 系统工作点的优化设计25-28
• 2.6.2.1 电流纹波的设计25-26
• 2.6.2.2 占空比的设计26-27
• 2.6.2.3 电磁力和线圈电感的设计27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 3 无位置传感器磁悬浮系统的控制研究29-47
• 3.1 磁悬浮系统的数学模型29-32
• 3.2 PID控制方法的设计32-34
• 3.3 PID控制器的实现34-38
• 3.3.1 有位置传感器磁悬浮系统的PID仿真结果34-36
• 3.3.2 无位置传感器磁悬浮系统的PID仿真结果36-38
• 3.4 Back-stepping控制方法的设计38-42
• 3.5 Back-stepping控制方法的实现42-46
• 3.5.1 有位置传感器磁悬浮系统的Back-stepping仿真结果42-44
• 3.5.2 无位置传感器磁悬浮系统的Back-stepping仿真结果44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 无位置传感器磁悬浮系统的实现47-60
• 4.1 无位置传感器磁悬浮系统的硬件电路设计47-56
• 4.1.1 XE164FN最小系统设计48-49
• 4.1.2 主电路及其驱动电路设计49-50
• 4.1.3 过流保护电路设计50-51
• 4.1.4 信号处理电路设计51-54
• 4.1.5 锁相放大电路设计54-56
• 4.2 无位置传感器磁悬浮系统软件设计56-58
• 4.3 实验结果58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 总结与展望60-62
• 参考文献62-67
• 附录67-71
• 发表论文情况71-72
• 致谢72-73

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