主动磁悬浮轴承的控制系统研究

本文采用美国TI公司的C2000系列产品中目前最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片—TMS320F2812作为磁悬浮轴承系统数字控制器的CPU。围绕F2812 DSP设计了磁悬浮轴承控制系统的硬件电路。应用F2812内部模拟多路开关和AD实现了磁悬浮轴承4路位移传感器信号的采集。该系统具有4路12位A／D采样通道、4路10位D／A输出通道。DA使用TI公司的串行DA芯片TLC5615。通过利用DSP的I／O口模拟TLC5615所需要的时序，将该串行DA做并联使用，并对这种使用方法进行了探讨。 采用不完全微分PID控制策略，利用C语言和汇编语言混合设计了磁悬浮轴承数字控制器的软件。对5自由度的磁悬浮转子耦合特性进行了分析，得出在转速不超过20000r／min的情况下可以采用分散控制。在建立数学模型基础上通过试凑法对PID控制参数进行了仿真整定。并在实验室磁悬浮双自由度轴承系统上进行实验研究，运用模拟电路进一步验证了参数的效果。2个自由度的位移信号采用4个涡流传感器的差动方式来测量，功率放大器采用的是模拟开关功率混合放大器，在降低功耗的同时也降低了纹波电流，使控制性能得以提高。应用本文研究的控制器成功地将试验转子系统实现了磁悬浮轴承转子的静态悬浮试验，在静态悬浮时，转子各自由度的位移振动峰峰值小于3μm。 试验表明：本文设计的控制器稳定性好、可靠性高、使用简单，其控制精度达到了预期的效果。