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磁悬浮地球仪控制装置研究

作 者: 孙小川
导 师: 叶春生
学 校: 华中科技大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 磁悬浮球 IGBT EXB840 TL494 负反馈控制
分类号: TH89
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 135次
引 用: 1次
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内容摘要


磁悬浮地球仪是一种典型的机电一体化系统,其中的控制器和执行器是磁悬浮控制系统至关重要的环节。因此,本论文以磁悬浮球系统的控制器和执行器为主,对磁悬浮球控制与执行器进行了研究。介绍磁悬浮球系统工作原理、磁路定律和磁场区域产生磁力的动力学模型,然后在与传统的永磁电磁混合悬浮控制方式比较基础上,对系统的控制原理进行了数学描述,据此开发了一套磁悬浮球实验装置。在系统电路设计中,主要介绍了功率放大电路以及磁力控制电路两部分。功率放大电路中,通过对比选取了以IGBT为高频开关元件的方案,由专用的驱动器EXB840来驱动,外加过流检测,过压和过流保护电路构成了系统的功率放大电路。对驱动电路和过压、过流保护电路的要求进行了分析。磁力控制电路中,设计了系统的闭环控制方案。以霍尔传感器作为磁力采集器,LM324运算放大器构成比较放大器,将取样信号与采集信号进行差动放大的结果作为调整电路的输入。调整电路与比较放大电路构成负反馈控制系统,通过负反馈来实现将输出限定于设定的系统稳定工作域内。在此基础上,对系统的控制和功率放大部分进行了调试,分析了实验调试过程,选取了两个不同质量的球体进行实验,将实验与预期结果进行比较,分析了实验与预期结果的差异成因,并针对原设计存在的不足提出了优化方案,最后进行了实验验证。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 磁悬浮概述  8-9
  1.2 磁悬浮技术国内外发展和研究现状  9-12
    1.2.1 国外研究现状  9-11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 磁悬浮球系统技术难点  12-13
  1.4 本文的主要研究内容  13
  1.5 本章小结  13-14
2 磁悬浮地球仪原理及数学模型  14-24
  2.1 磁悬浮地球仪工作原理  14-15
  2.2 磁悬浮地球仪的数学模型  15-23
    2.2.1 磁路定律  15-19
    2.2.2 磁场区域产生磁力模型  19-23
  2.3 本章小结  23-24
3 系统控制原理  24-28
  3.1 系统控制方案  24-25
  3.2 系统控制流程  25-27
  3.3 本章小结  27-28
4 系统电路设计  28-44
  4.1 系统电路设计方案  28-29
  4.2 电源部分  29-31
  4.3 比较放大电路  31-32
  4.4 调整电路  32-35
  4.5 功率放大电路  35-43
    4.5.1 驱动及输出电路  38-40
    4.5.2 输出电路过压保护  40-41
    4.5.3 输出电路过流保护  41-43
  4.6 本章小结  43-44
5 系统调试及结果分析  44-55
  5.1 系统调试过程  44-46
  5.2 实验结果分析  46-50
    5.2.1 理论预期结果  46
    5.2.2 实际实验结果  46-49
    5.2.3 实验结果与理论预期比较  49-50
  5.3 系统设计改进  50-54
    5.3.1 IGBT 栅极驱动改进  50-51
    5.3.2 驱动信号波形改进  51-52
    5.3.3 驱动电路改进  52-54
  5.4 本章小结  54-55
6 总结和展望  55-57
  6.1 全文总结  55
  6.2 展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-61

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 其他仪器仪表
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