磁悬浮轴承数字控制器的研究与设计

本文采用美国TI(Texas Instruments)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,设计了控制器的硬件系统。该系统具有6路12位A/D采样通道、5路12位D/A输出通道,并能以RS-232、RS-485、RS-422三种串行通信方式实现数据传输,能够分别实现多通道集中采样或多通道分散采样;通过CPLD逻辑控制实现5路D/A集中输出或5路分散输出。 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。通过试验试凑法对PID控制参数进行了整定,实现了磁悬浮轴承转子的静态悬浮和高速稳定运转试验,其中,静态悬浮时,转子各自由度的位移振动峰峰值小于5μm;21000r/min(350Hz)高速运转时,转子四个径向自由度的位移振动峰峰值小于20μm,轴向的位移振动峰峰值小于9μm。 针对试验试凑法控制参数寻找困难、过程繁琐、开发周期长等缺点,本文开发了PID控制参数自搜索算法,初步实现了控制参数自主搜索的功能。 同时,本文对PID数字控制器的离散周期T进行了讨论,得出了在采用PID控制的磁悬浮数字控制系统中,离散周期T本质上等同于一个中间变量,没有真正物理含义的结论。 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。