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主动磁轴承控制研究

作　者: 张峻
导　师: 黄金泉
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 主动磁轴承 PID控制器 LQ控制器 DSP 软件设计
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

主动磁轴承由于具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命长等优点而越来越受到科研工作者的重视。磁轴承的性能好坏主要取决于控制系统。因此，开展对磁轴承控制的研究具有重要意义。本文主要研究磁轴承的控制规律及控制软件。本文建立了径向四自由度磁轴承系统的数学模型，设计了集中PID控制器和分散PID控制器并进行了数字仿真。结果表明，对于刚性转子磁轴承，分散控制可以满足系统性能的要求。根据线性二次型控制理论设计了状态反馈控制器，仿真结果表明该控制器效果良好。本文用汇编语言编写了分散PID控制的程序，并应用在TMS320F240 DSP的磁轴承控制系统上，实现了四自由度刚性转子的稳定悬浮和高速旋转，转子轴线的径向跳动小于20μm。

全文目录

第一章绪论  7-12
  1．1 主动磁轴承概述  7-10
    1．1．1 发展历程  7-8
    1．1．2 特点  8-9
    1．1．3 发展趋势  9
    1．1．4 对控制系统的要求  9-10
  1．2 论文工作的提出及内容安排  10-12
    1．2．1 课题的提出  10
    1．2．2 课题的任务  10-11
    1．2．3 论文内容的安排  11-12
第二章主动磁轴承的数学模型  12-22
  2．1 主动磁轴承的工作原理  12-13
  2．2 主动磁轴承的结构  13-15
    2．2．1 主动磁轴承的总体结构  13
    2．2．2 径向磁轴承的结构形式  13-14
    2．2．3 轴向磁轴承的结构形式  14-15
  2．3 转子的数学模型  15-22
    2．3．1 磁轴承系统结构尺寸及动力学参数计算  15-17
    2．3．2 四自由度磁轴承系统的数学模型  17-22
第三章主动磁轴承的控制及仿真研究  22-36
  3．1 磁轴承控制概述  22-23
  3．2 数字PID控制器设计及仿真  23-30
    3．2．1 控制器设计  24-25
    3．2．2 控制器改进  25-26
    3．2．3 控制器参数整定原则  26
    3．2．4 集中控制和分散控制  26-27
    3．2．5 仿真结果及分析  27-30
  3．3 LQ控制器设计及仿真  30-36
    3．3．1 LQ控制理论  30-31
    3．3．2 控制器设计  31-32
    3．3．3 仿真结果及分析  32-36
第四章基于DSP的磁轴承数字控制器的软件设计  36-47
  4．1 引言  36
  4．2 DSP简介  36-39
    4．2．1 DSP的发展历程  36-37
    4．2．2 DSP芯片的特点  37-38
    4．2．3 TMS320F240的结构和特性  38-39
  4．3 磁轴承数控系统的基本原理  39-41
  4．4 磁轴承数控系统的总体结构  41
  4．5 控制程序设计  41-44
    4．5．1 采样周期T的确定  41-42
    4．5．2 模数转换  42-43
    4．5．3 程序存储区和数据存储区起始地址的确定  43-44
    4．5．4 PID算法的数字化  44
    4．5．5 程序变量定标  44
  4．6 主程序流程  44-47
第五章数控系统调试与实验结果  47-57
  5．1 调试工具  47-49
    5．1．1 ICETEK-5100PP开发系统  47
    5．1．2 JTAG仿真头  47
    5．1．3 Code Composer 2000集成开发环境  47-49
  5．2 调试步骤  49-52
    5．2．1 CPU（F240）与存储器（CY7C291A）的调试  50-51
    5．2．2 A／D和D／A的调试  51
    5．2．3 单通道PID调试  51
    5．2．4 联合调试  51-52
  5．3 实验结果  52-57
第六章总结与展望  57-58
  6．1 本文内容总结  57
  6．2 进一步研究与开发的思考  57-58
致谢  58-59
攻读硕士学位期间发表的论文  59-60
参考文献  60-62

主动磁轴承控制研究

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