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磁悬浮轴承数字控制器的研究

李德斌  
【摘要】:磁悬浮轴承是一种新型的支撑部件,由于它具有无摩擦、无需润滑、寿命长等优点,越来越受到科技界和企业界的重视。它是一种高新技术,涉及到电磁学、机械学、转子动力学、控制理论和计算机科学等众多领域。本文的工作是研究磁悬浮轴承的数字控制器。主要内容如下: 首先,在简单分析了磁悬浮轴承工作原理的基础上,从单自由度入手,通过对16极径向轴承的力学分析,推导了单自由度情况下电磁力与控制电流、转子位移之间的非线性关系。并在此基础上,进一步分析了二自由度情况下转子的受力情况。 针对磁轴承系统的固有特性,提出了在不同的区间采用不同的控制算法。即在轴承的线性范围内采用不完全微分PID算法,该算法具有动态响应快、调节时间短和无静差等优点,通过仿真发现控制参数与系统性能之间的关系;而在非线性情况下采用模糊控制算法,该算法是一种本质非线性的控制算法,能够很好的矫正系统中的非线性因素。 对整个轴承系统而言,它是个典型的机电一体化产品,考虑到系统性能会受到各种因素的影响,例如功放静态偏置电流、轴承磁极的摆放位置还有传感器的安装位置等因素都会对控制系统产生影响,在系统非线性数学模型的基础上仿真了这些因素对转子的起浮曲线和外力干扰曲线的影响程度。 最后建立了基于TMS320VC33的数字控制器的硬件系统,并调试了不完全微分PID算法的控制系统,得到了单自由度和二自由度情况下转子的起浮曲线,与模拟PID的响应曲线进行了比较。


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