五自由度磁力軸承控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究.pdf

1、磁力軸承具有定轉(zhuǎn)子之間無摩擦、高轉(zhuǎn)速、高精度等優(yōu)點,在國際上引起廣泛關(guān)注.國際上的磁力軸承研究已經(jīng)有40年以上歷史.目前,在美國、法國、日本、瑞士等國已經(jīng)獲得了工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用.國際第一屆磁力軸承會議于1988年舉行,以后每2年一屆.我國的磁力軸承研究起始于上世紀80年代初,于今已有20年左右歷史,但始終沒能實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn).在前人研究的基礎(chǔ)上,本文試圖提出磁力軸承的數(shù)字控制系統(tǒng)的新設(shè)計方案及其實現(xiàn)方法;對磁力軸承的功率放大器作出一點改進

2、;探索新的控制算法;對國內(nèi)磁力軸承研究提出一點建議.本論文首先介紹了磁力軸承研究在國民經(jīng)濟中的實用價值與理論意義、國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀等.其次介紹了磁力軸承系統(tǒng)各部分的組成及它們在磁力軸承系統(tǒng)中的作用,同時較詳細地介紹了位移傳感器.本論文提出了新的磁力軸承數(shù)控系統(tǒng)方案及其實現(xiàn)方法.該數(shù)控系統(tǒng)選用1片高性能的TMS320F2812型DSP作為主控制器.通過TMS320F2812型DSP內(nèi)置的12位ADC模塊對五個自由度的位移信號進行轉(zhuǎn)換,該A

3、/D轉(zhuǎn)換方案的主要優(yōu)點是減少A/D接口設(shè)計的任務(wù)、降低接口設(shè)計成本.本數(shù)控系統(tǒng)的D/A部分則采用2片8通道、12位DAC芯片TLV5630,該D/A轉(zhuǎn)換方案的主要優(yōu)點是使10路懸浮線圈電流給定信號同時輸出、以降低磁力軸承控制系統(tǒng)模型不確定性,減少A/D接口設(shè)計的任務(wù)、降低接口設(shè)計成本.本論文對TMS320F2812ADC模塊、SPI模塊應(yīng)用所作的探索,將能供使用TMS320F2812ADC模塊、SPI模塊的研發(fā)人員或?qū)W習者參考.針對磁力

4、軸承的特點,從提高功率放大器的電流響應(yīng)速度和能量轉(zhuǎn)化效率出發(fā),對功率放大器的控制電路和功率電路進行了研究,研制了一臺采樣保持型磁力軸承功率放大器.實驗結(jié)果表明,該功率放大器具有電流響應(yīng)速度快、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點.在對五自由度磁力軸承作仿真研究時,前人雖然對磁力軸承的五個自由度進行建模,但常常僅選擇具有代表性的軸向自由度進行仿真.本論文則對磁力軸承的五個自由度都分別進行了仿真研究.在文章的最后,總結(jié)了本文的主要研究成果、創(chuàng)新點,對國內(nèi)的