学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于嵌入式实时操作系统的磁悬浮轴承控制系统设计

作　者: 王永生
导　师: 全书海
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 磁悬浮轴承 多模态智能控制 嵌入式实时操作系统 DSP/BIOS
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 275次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


磁悬浮轴承利用电磁力将被支承件稳定悬浮在空间,由于其无机械接触、无磨损、无需润滑、寿命长、能耗低、噪声小等传统轴承无法比拟的优点而倍受瞩目。而磁悬浮轴承控制系统是磁悬浮轴承的关键部分,其性能的好坏直接影响到磁悬浮轴承的动态性能和轴承转子的控制精度。本文以五自由度磁悬浮磨削电主轴为研究对象,开展了基于嵌入式实时操作系统的磁悬浮轴承数字控制系统的研究,建立了先进的硬件研究平台,并对传统算法和多模态智能控制进行了研究。主要研究内容如下: 分析了五自由度磁悬浮轴承的构成,对各个组成部分及其相互之间的关系做了详细的说明,根据电磁学的基本原理,从单自由度的磁力轴承简化模型推导出其电磁承载力公式,并在此基础上进一步建立了五自由度的磁悬浮轴承控制模型。 根据磁悬浮轴承控制系统的具体要求,构建了先进的硬件控制平台,采用集中式控制,由单一高性能DSP来实现,并配以分组快速DA模块、串口通信SCI模块、可编程逻辑器件(CPLD)等外设,解决了以往采用分散控制的协调控制问题,提高了系统的稳定性、可靠性,简化了系统构成,降低了系统成本。 开展了磁悬浮轴承控制系统的控制算法研究。分析了传统连续PID算法和增量式的PID算法,在此基础上,以单自由磁悬浮轴承模型为基础,根据实际要求提出了多模态智能控制算法,实现系统的较好控制。 完成了基于前后台软件架构的磁悬浮控制系统软件设计;并针对磁悬浮轴承控制系统的复杂性,先从软件编程方法上引入了基于C/C++的编程思想,随后分析了采用传统前后台软件编程方法的局限性,并提出了采用嵌入式实时操作系统DSP/BIOS来实现控制系统的软件架构,且给出了基于此操作系统的磁悬浮控制系统的实现过程。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第1章 绪论  7-12
  1．1 磁悬浮轴承概述  7-8
  1．2 国内外研究现状  8-9
  1．3 课题研究的意义及来源  9-10
  1．4 论文主要内容及工作安排  10-12
第2章 磁悬浮轴承控制模型分析  12-22
  2．1 磁悬浮轴承控制系统原理  12-13
  2．2 五自由度磁悬浮轴承结构分析  13-15
  2．3 磁悬浮轴承控制系统建模  15-21
    2．3．1 单自由度系统的数学模型  15-18
    2．3．2 五自由度磁悬浮轴承控制系统建模  18-21
  2．4 小结  21-22
第3章 基于 DSP的控制系统硬件设计  22-37
  3．1 控制系统方案设计  22-24
  3．2 主控芯片DSP TMS320F2812特性  24-26
  3．3 高速 A/D采集信号处理  26-29
    3．3．1 传感器输入信号电压转换与滤波设计  26-27
    3．3．2 输入信号采样同步分析  27-28
    3．3．3 多路连续采样技术及抗干扰技术的应用  28-29
  3．4 多路分组隔离快速 DA输出单元  29-31
  3．5 CPLD的应用  31-32
  3．6 多种通信方式选择  32-35
  3．7 功率放大器设计  35
  3．8 小结  35-37
第4章 磁悬浮轴承控制算法设计与分析  37-48
  4．1 磁悬浮轴承控制算法概述  37
  4．2 磁悬浮轴承系统PID控制  37-41
    4．2．1 磁悬浮轴承 PID控制的基本思想  38-39
    4．2．2 数字 PID算法在磁悬浮轴承控制系统中的实现  39-41
  4．3 多模态智能控制算法设计  41-47
    4．3．1 多模态智能控制算法原理  42-44
    4．3．2 磁悬浮轴承控制系统的多模态智能控制算法设计  44-46
    4．3．3 应用结果与分析  46-47
  4．4 小结  47-48
第5章 基于嵌入式 RTOS的控制系统软件设计  48-65
  5．1 嵌入式系统概述  48-50
  5．2 前后台(Foreground/Background)软件系统  50-53
    5．2．1 前后台系统原理  50-51
    5．2．2 基于前后台系统的磁悬浮轴承控制软件实现  51-53
  5．3 基于C/C++的软件编程  53-57
    5．3．1 传统 C2000系列DSP编程方法  53-54
    5．3．2 基于 C/C++结构的框架式编程思想  54-57
  5．4 基于嵌入式 RTOS的控制系统软件设计  57-64
    5．4．1 引入嵌入式实时操作系统的必要性  57-58
    5．4．2 嵌入式 RTOS DSP/ BIOS概述  58-59
    5．4．3 DSP/BIOS在磁悬浮轴承控制系统中的应用  59-64
  5．5 小结  64-65
第6章 系统调试分析  65-73
  6．1 数字控制系统的调试方案  65-66
  6．2 内部 ADC校准  66-68
  6．3 CPLD内部调试测试  68-69
  6．4 控制参数的整定  69
  6．5 软件编程需要注意的问题  69-71
  6．6 抗干扰及系统冗余技术的考虑  71
  6．7 小结  71-73
第7章 总结和展望  73-75
参考文献  75-78
攻读硕士期间主要研究成果及参与的科研项目  78-79
致谢  79

相似论文

  1. 基于DSP的嵌入式眼动跟踪系统设计与实现,TP368.1
  2. 基于VxWorks的嵌入式控制器的双机热备系统应用,TP273
  3. 面向微小卫星的地球敏感器的设计和实现,TP212
  4. 嵌入式实时操作系统ARTs-OS中TCP/IP协议栈的开发,TP316.2
  5. 嵌入式实时操作系统ARTs-OS的EDF调度算法改进,TP316.2
  6. 主动磁悬浮轴承技术研究,TH133.3
  7. 可见光与红外数字图像融合系统设计和实现,TP391.41
  8. 军用侦察火箭弹成像特征分析与处理研究,TP391.41
  9. 立式飞轮电池分立式磁浮转子—轴承系统设计与仿真,TM919
  10. 立式飞轮电池磁悬浮轴承μ控制器设计与仿真,TM919
  11. 指纹图像预处理算法的研究及DSP实现,TP391.41
  12. 基于DSP的双目人数统计仪系统的实现,TP368.1
  13. 嵌入式GIS图形中间件的设计与实现,P208
  14. 嵌入式小零件高速检测方法的研究,TG80
  15. 磁悬浮轴承系统硬件电路设计与研究,TH133.3
  16. 恒流源偏置磁悬浮轴承的系统研究,TH133.3
  17. 基于嵌入式的输油管线监控系统的设计与实现,TP277
  18. 基于DM642的嵌入式林区火焰监控系统研究,TP277
  19. 基于DSP的电子散斑采集处理系统的研究与设计,TP274.2
  20. 基于DSP的虹膜采集与识别装置的研究,TP391.41
  21. 嵌入式实时操作系统ARTs-OS的进程通信研究,TP316.2

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
© 2012 www.xueweilunwen.com