片状转子磁悬浮控制系统的研究

发布时间：2017-09-22 16:49

  本文关键词：片状转子磁悬浮控制系统的研究

  更多相关文章： 主动磁悬浮轴承 片状转子 耦合 2DOF-PID 交叉反馈解耦

【摘要】：本文针对片状转子和片状转子磁悬浮轴承系统的特点,推导了转子在系统中的运动微分方程,分析了转子在受到电磁力控制时各自由度之间的耦合状态,在机械结构优化后系统只在轴向控制中因陀螺力矩产生耦合,主要表现形式为水平面内两个转动自由度之间的耦合。建立了系统的空间状态方程,结合分析陀螺力矩的成因,说明了在轴向存在耦合的系统中必然会产生陀螺力矩且陀螺力矩会随着转速升高而增大,影响系统的稳定性。分别介绍了2DOF-PID控制算法和交叉反馈PID解耦算法的组成结构及原理,并使用Simulink软件分别搭建了两种算法的控制器仿真电路,对其特性进行仿真研究,结果表明:2DOF-PID控制器可以使系统在保证抗干扰性的同时获得更好的目标值跟踪特性,而交叉反馈PID解耦控制器可以有效补偿陀螺力矩实现解耦效果,且在转速越高的情况下补偿效果越强,过补偿或欠补偿则不能完全抵消耦合效果。介绍了在CCS集成系统中开发2DOF-PID控制器和交叉反馈PID解耦控制器的相关设计要点和技术手段。分别在片状转子磁悬浮轴承系统上对2DOF-PID控制器和交叉反馈PID解耦控制器进行了实验,并与之前使用模拟PID控制器的数据进行了比较。实验结果表明:2DOF-PID控制器和交叉反馈PID解耦控制器比模拟控制器的控制效果要好,而相比于提高单路动态性能的2DOF-PID控制器,交叉反馈PID解耦控制器更适合片状转子的磁悬浮控制。而在片状转子的旋转过程中,陀螺力矩引起的耦合是影响其稳定性的主要因素。
【关键词】：主动磁悬浮轴承 片状转子 耦合 2DOF-PID 交叉反馈解耦
【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】：2015
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 注释表10-12
• 缩写说明12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 主动磁悬浮轴承技术简介13-14
• 1.2 片状转子及研究现状14-18
• 1.2.1 片状转子及类片状转子磁悬浮系统结构设计的研究15-17
• 1.2.2 磁悬浮轴承控制算法的研究17-18
• 1.3 课题研究主要内容及论文安排18-21
• 1.3.1 课题研究意义18-19
• 1.3.2 课题研究内容19
• 1.3.3 论文工作安排19-21
• 第二章 片状转子的数学模型及计算21-32
• 2.1 片状转子磁悬浮系统的结构与工作原理21-22
• 2.2 片状转子的数学模型22-31
• 2.2.1 片状转子受力分析及力学模型22-25
• 2.2.2 片状转子磁悬浮系统状态方程25-28
• 2.2.3 片状转子陀螺力矩的成因和影响28-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 控制算法理论设计及仿真分析32-46
• 3.1 分散 2DOF-PID控制32-37
• 3.1.1 2DOF-PID控制的基本原理32-34
• 3.1.2 2DOF-PID控制的性能仿真分析34-37
• 3.2 交叉反馈PID解耦控制37-44
• 3.2.1 交叉反馈解耦控制的基本原理37-38
• 3.2.2 交叉反馈解耦控制的控制参数计算38-40
• 3.2.3 交叉反馈PID解耦控制的性能仿真分析40-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 片状转子磁悬浮控制器的开发46-56
• 4.1 基于TMS320F2812的磁悬浮控制板硬件介绍46-47
• 4.2 1DOF-PID的离散化及算法程序47-49
• 4.3 2DOF-PID控制和交叉反馈解耦控制的软件实现49-54
• 4.3.1 数字控制器的软件总体设计49-51
• 4.3.2 2DOF-PID控制器的软件实现51
• 4.3.3 交叉反馈解耦PID控制器的软件实现51-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第五章 片状转子磁悬浮控制系统的实验测试56-63
• 5.1 实验系统搭建56-57
• 5.2 片状转子悬浮和旋转实验57-61
• 5.2.1 片状转子静态悬浮实验57-59
• 5.2.2 片状转子旋转实验59-61
• 5.3 实验过程出现的问题与分析61
• 5.4 本章小结61-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 本文主要工作63-64
• 6.2 下一步工作展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况69

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本文编号：901971