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基于嵌入式实时操作系统的磁悬浮轴承控制系统设计

王永生  
【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。


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