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无位移传感器磁悬浮轴承自检测系统研究

作　者: 高雪
导　师: 葛研军
学　校: 大连交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无位移传感器磁悬浮轴承自检测系统小信号注入测试
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

磁悬浮轴承是集机械学、转子动力学、控制理论与控制工程学于一体的机电产品。它是利用磁力的作用使转子与定子之间没有机械接触将转子悬浮于空中的一种轴承。与传统的轴承相比,具有无机械磨损、能耗低、无需润滑、寿命长等一系列优点,在能源交通、机械工业、航空航天等领域具有广泛的应用前景。为了准确的测量气隙的变化,磁悬浮轴承需要用多个位移传感器,这样就使得轴承的硬件成本过高,另外位移传感器的存在,使得轴承的尺寸变大,整个系统的动态性能和可靠性都降低。由于系统结构的限制,位移传感器不能装在磁悬浮轴承的中间,使得系统控制器的设计变的复杂。因此,将无位移传感器磁悬浮轴承自检测技术应用于轴承转子悬浮的控制系统中,以此克服上述缺陷并降低轴承的成本是必要的。本文介绍了无位移传感器磁悬浮轴承的基本原理,建立了转子单自由度的数学模型,得到了轴承线圈的电感特性。无位移传感器磁悬浮轴承自检测主要有差动变压器测试和小信号注入测试两种方法。由于差动变压器测试法的测试信号较难准确获取,而小信号注入测试法是在线性功放的输入端加入一高频小信号作为测试信号,通过对电磁线圈中电感的检测来获取转子的位移变化,因此具有检测信号简单、准确。本文选用小信号注入测试法对自检测系统进行了较为深入研究,建立了系统所需的软、硬件结构,其中软件设计主要针对适用于自检测系统的模糊自适应整定PID控制器,硬件设计主要针对自检测系统的检测电路及连续线性功率放大器,最后对其进行了仿真及调试。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 磁悬浮轴承的研究现状及发展趋势  10-11
    1.2.1 磁悬浮轴承的研究现状  10-11
    1.2.2 磁悬浮轴承的发展趋势  11
  1.3 无位移传感器磁悬浮轴承研究  11-12
    1.3.1 参数估计法  11-12
    1.3.2 状态估计法  12
  1.4 本文研究内容及工作安排  12-14
第二章无位移传感器磁悬浮轴承系统基本理论  14-21
  2.1 无位移传感器磁悬浮轴承系统概述  14-17
    2.1.1 无位移传感器磁悬浮轴承系统基本工作原理  14-15
    2.1.2 无位移传感器磁悬浮轴承系统分类  15-16
    2.1.3 无位移传感器磁悬浮轴承系统线圈结构形式分类  16-17
  2.2 无位移传感器磁悬浮轴承系统数学模型  17-20
    2.2.1 单自由度转子数学模型  17-19
    2.2.2 无位移传感器磁悬浮轴承系统线圈电感特性  19-20
  本章小结  20-21
第三章无位移传感器磁悬浮轴承系统自检测方法  21-28
  3.1 差动变压器测试系统  21-24
    3.1.1 系统原理  21-22
    3.1.2 系统分析  22-24
  3.2 小信号注入测试系统  24-26
    3.2.1 系统原理  24-25
    3.2.2 系统分析  25-26
  本章小结  26-28
第四章小信号注入式自检测系统控制算法研究及软件设计  28-47
  4.1 PID 控制器  28-30
    4.1.1 模拟PID 控制  28-29
    4.1.2 数字PID 控制  29-30
  4.2 小信号注入式自检测系统对控制器的要求  30
  4.3 小信号注入式自检测系统PID 控制  30-34
    4.3.1 系统PD 控制  30-32
    4.3.2 系统PID 控制  32-34
  4.4 小信号注入式自检测系统模糊自适应整定PID 控制  34-42
    4.4.1 模糊自适应整定PID 控制原理  34-35
    4.4.2 系统模糊自适应整定PID 控制  35-40
    4.4.3 系统模糊自适应整定PID 控制仿真  40-42
  4.5 小信号注入式自检测系统软件设计  42-45
    4.5.1 系统主程序设计  42-43
    4.5.2 模块的初始化  43-45
    4.5.3 模糊自适应整定PID 控制算法子程序设计  45
  本章小结  45-47
第五章小信号注入式自检测系统硬件设计及调试  47-73
  5.1 小信号注入式自检测系统硬件设计要求  47
  5.2 小信号注入式自检测系统主要电路设计  47-58
    5.2.1 信号发生电路  47-51
    5.2.2 差动相减电路  51-52
    5.2.3 有源滤波电路  52-56
    5.2.4 调解电路  56-58
  5.3 小信号注入式自检测系统功放研究  58-68
    5.3.1 功放与系统控制方法的关系  58-62
    5.3.2 电压-电流型线性功放  62-65
    5.3.3 线性功放性能研究  65-66
    5.3.4 系统的线性功放  66-68
  5.4 小信号注入式自检测系统电路仿真及调试  68-72
    5.4.1 系统电路仿真  68-71
    5.4.2 系统电路调试  71-72
  本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表的学术论文  77-78
致谢  78-79

无位移传感器磁悬浮轴承自检测系统研究

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