磁悬浮轴承控制系统研究

磁悬浮轴承利用电磁力将转子稳定悬浮在定子中间，是典型的机电一体化装置。与传统的轴承相比，其具有无机械接触、无磨损、无需润滑、寿命长、能耗低、噪声小等优点。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静态、动态性能。本文以带传感器的五自由度磁悬浮轴承为研究对象，设计了系统的主要电磁参数，建立了系统的数学模型，构建了先进的硬件研究平台，并对传统算法和模糊PID控制进行了研究。主要研究内容如下： 介绍了五自由度磁悬浮轴承系统的构成，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及设计要求，计算出了系统的主要电磁参数，如磁力线圈安杂数、线圈窗口面积、磁极面积、线圈电感等，为电磁参数设计提供了重要的理论依据。 分析了磁悬浮轴承控制系统的具体要求，提出了硬件设计总体方案；采用集中式控制，以高性能的数字信号处理器(DSP)为控制核心，并配以信号调理单元、串口通信SCI单元、DA输出单元、数据掉电保存单元等外设，为系统的算法实施构建了良好的硬件平台。 在研究磁悬浮轴承功率放大器特性的基础上，提出了功率放大器的总体方案，并完成了采样/保持型功率放大器的电路设计、工艺安装及调试工作。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。 推导出磁悬浮轴承系统的数学控制模型，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，以单自由度磁悬浮轴承模型为基础，根据实际要求，设计并实现了模糊PID控制算法，满足了系统的控制要求，实现了系统的精确控制。