基于DSP的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、磁懸浮軸承利用磁場(chǎng)力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，使轉(zhuǎn)子和定子之間沒(méi)有任何機(jī)械接觸的一種新型高性能軸承，由于它具有無(wú)摩擦、無(wú)磨損、低能耗、壽命長(zhǎng)以及無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。正因如此，國(guó)內(nèi)外把磁懸浮軸承的出現(xiàn)稱為是支承技術(shù)的一場(chǎng)革命。而將磁懸浮技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)子的支承，完全消除軸承與轉(zhuǎn)子的機(jī)械接觸，可以大幅度提高轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)子具有精度高、發(fā)熱少、功耗低、無(wú)噪聲和高潔凈等其它軸承支承的轉(zhuǎn)子無(wú)法企及的特點(diǎn)。 由于磁懸浮軸承系統(tǒng)的非

2、線性和不穩(wěn)定性，需要通過(guò)模擬控制器或數(shù)字控制器對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定控制。磁懸浮軸承的性能優(yōu)良主要由控制器的好壞決定，它不但決定了磁軸承系統(tǒng)穩(wěn)定懸浮與否，而且還直接影響到磁軸承的動(dòng)態(tài)特性和控制精度。因此本文以研究磁軸承的控制器為主，對(duì)數(shù)字控制進(jìn)行了深入研究。 本文首先建立了單自由度的磁懸浮系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)模型，并通過(guò)平衡點(diǎn)附近線性化的方法，建立相應(yīng)的磁懸浮軸承的線性系統(tǒng)模型，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，設(shè)

3、計(jì)了PI、PD、PID控制器和利用智能控制的模糊控制器，利用Matlab工具箱中的模糊模塊在Simulink里進(jìn)行仿真。分別給出各種控制器的設(shè)計(jì)思想、方法和設(shè)計(jì)步驟，并對(duì)各種控制器的控制性能進(jìn)行了仿真，得出了各種控制器的性能特點(diǎn)。 在分析單自由度系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文又對(duì)六自由度磁懸浮軸承系統(tǒng)(AMB)進(jìn)行了分析。首先通過(guò)對(duì)多自由度磁懸浮軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，及其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，建立狀態(tài)方程；在此基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典PID對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行控制

4、，并進(jìn)行了SIMULINK仿真；針對(duì)系統(tǒng)耦合關(guān)系的復(fù)雜性，提出了解耦方法，建立了對(duì)應(yīng)的磁懸浮軸承數(shù)學(xué)模型，得到了系統(tǒng)的狀態(tài)方程和傳遞函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，采用分散控制方式，設(shè)計(jì)了解耦控制器，即在解耦后的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上采取PID控制方式對(duì)其進(jìn)行仿真研究。結(jié)果表明：對(duì)解耦后系統(tǒng)比未解耦系統(tǒng)的性能更優(yōu)越。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)控制命令，以TMS320LF2407型DSP(Digitalsignalprocessor)為核心，設(shè)計(jì)控制器。主要進(jìn)