主动磁悬浮轴承数模混合式PID控制器研究

以主动磁悬浮轴承为研究对象,提出了一种数模混合式PID控制器的工作原理。针对数字控制器和模拟控制器在主动磁悬浮系统应用中的不足,基于TMS320F28335和数字电位器设计了一种主动磁悬浮轴承中的数模混合式PID控制器。控制器实现了PID参数的实时调整,使得磁悬浮系统能够最大程度的适应某些瞬态需求。经过实验验证,设计的数模混合式PID控制器能够满足主动磁悬浮轴承的要求,使系统的稳定性和鲁棒性得以增强。     

磁悬浮轴承数字集成控制器的研究

研制了以数字信号处理器（TMS320F28335 DSP）为核心的磁悬浮轴承数字集成控制器,取代了一般的位置控制器和部分功率放大器环节,编制了相应的控制算法,采用试验方法研究了该数字集成控制器的静态和动态性能。将该数字集成控制器应用于五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统,实现了转子的静态稳定悬浮和高速旋转。研究结果表明,采用数字集成化的设计方法,能够优化磁悬浮轴承的电控系统,且具有成本低、程序的可移植性强、可靠性高、体积小等优点。     

基于DSP2812的磁悬浮轴承位移检测控制系统设计

针对磁悬浮轴承系统位移检测的特点,设计了一套以TMS320F2812 DSP为核心的磁悬浮轴承位移检测控制系统.详细介绍了电涡流位移传感器的工作原理,设计了磁悬浮轴承系统的数字控制器、位移信号调理电路等相关硬件电路,并对所设计的位移检测数字控制系统进行了软件实现,给出了主程序和中断子程序流程图,最后,对所设计的磁悬浮轴承位移检测数字控制系统进行了试验验证.     

磁悬浮轴承数字控制器故障诊断与处理

对磁悬浮轴承数字控制器的可靠性进行了研究,根据磁悬浮轴承数字控制器的特点与结构,将其分为DSP芯片以及信号输入通道、信号输出通道三个部分,分析了每个部分可能发生的故障类型,针对不同的故障类型研究了相应的故障诊断与处理方法,并以美国TI公司的浮点DSP芯片TMS320VC33为核心研制了高可靠磁悬浮轴承数字控制器。应用该数字控制器在五自由度磁悬浮轴承系统上进行了可靠性验证试验,试验中,当转子处于30 000r/min的高转速下手动复位DSP芯片以模拟其发生故障,控制器能够在100μs内判断出故障并切换到备用DSP芯片,在整个故障处理过程中磁悬浮轴承系统保持稳定。同样,在转子处于30 000r/min的高转速下任意切断单个或多个信号传输通道,控制器能在20μs内判断出故障通道并切换到备用通道,且整个切换过程对转子状态没有任何影响。     

重载磁悬浮轴承电控系统的研究

针对大型高速旋转机械中磁悬浮轴承电磁力小和响应(电流响应和电磁力响应)速度较慢等问题,采用了IGBT器件作为功率器件,研究了变换器的拓扑结构及其控制方法,设计制作了高电压大电流功率放大器和电压可调高频开关功率电源。将设计制作的功率放大器和开关功率电源,与实验室已有的传感器和数字控制器相结合,搭建了重载磁悬浮轴承电控系统,并将其应用于磁悬浮飞轮转子试验台进行了试验。试验及研究结果表明:重载磁悬浮轴承电控系统的最大输出电流为120 A,最大输出电压为450 V,大大提高了磁悬浮轴承的电磁力和响应速度,并且其能够保证飞轮转子在工作转速范围内稳定运行。     

基于ARM7的磁悬浮轴承数字控制系统设计

以ARM7TDMI-S CPU为内核的LPC2131微处理器为核心,设计了同极型四自由度径向主动磁悬浮轴承控制器硬件电路及控制软件,采用变速积分-抗积分饱和增量式数字PID实现了对系统转轴位置及线圈电流的双闭环控制。试验结果表明:磁悬浮轴承具有良好的控制精度及静态刚度,满足了磁悬浮轴承控制性能的初步要求。     

H∞控制理论在磁悬浮轴承系统中的应用研究

讨论了鲁棒H∞控制理论灵敏度和补灵敏度加权因子的选择方法，设计了磁悬浮轴承系统的H∞控制器；研制了基于PC机的磁悬浮轴承实时数控系统，用C语言设计了H∞控制器的软件。仿真结果表明，采用H∞控制，系统具有良好的动态性能、较强的鲁棒性和抑制转子振动的能力。对一个五自由度的磁悬浮轴承系统进行试验研究，结果表明，采用H∞控制器成功实现了五自由度磁悬浮轴承系统的稳定悬浮，在最高转速30000r／min时转子的振动峰峰值小于60μm。     

启动冗余磁轴承对磁悬浮轴承转子系统动态性能的影响

建立了带冗余支承的五自由度磁悬浮轴承转子系统的仿真模型,采用ADAMS和Matlab软件对不完全微分PID控制的磁悬浮系统进行联合仿真,分析了启动冗余支承对系统动态性能的影响。在此基础上,设计制作了基于TMS320F28335DSP的数字控制器硬件电路,编写了不完全微分PID控制程序并在试验台上进行验证。     

磁悬浮系统模型的研究

以主动型磁悬浮轴承为研究对象,对磁悬浮轴承系统进行了详细的分析;介绍了磁悬浮轴承系统的工作原理。在此基础上建立了合理的线性化力学数学模型,为磁悬浮轴承的结构设计提出了理论基础;同时,讨论了磁悬浮轴承系统的电学模型,给出了两种控制方式(电流和电压)的系统数学模型。本文给磁悬浮轴承的结构设计和控制器设计都有很好的参考作用。     

主动磁悬浮轴承控制系统的研究

建立考虑各自由度之间耦合效应的系统模型,提出解耦控制方法,根据著名的Morgan问题,设计相应的线性状态反馈解耦集中控制器.基于已有的试验平台,利用所设计的集中控制器和基于简化模型的分散控制器对磁悬浮轴承系统进行回转精度试验,结果表明在磁悬浮轴承高速运行状况下,解耦控制方法有较好的动态特性.     

基于转速的磁轴承柔性转子系统模糊控制策略研究

建立了五自由度磁悬浮轴承柔性转子试验系统,利用Matlab工具箱对比分析了不完全微分PID和模糊自调整PID控制策略对系统动态性能的影响,设计制作了基于TMS320F28335 DSP的数字控制器硬件电路,在模糊自调整PID控制策略的基础上引入转速量,在不同转速区段采用不同的模糊自调整因子,以满足转子在各转速区段对支承特性的不同要求,编写了相应的软件,完成了系统的高速旋转试验。仿真和试验结果均表明,采用基于转速的模糊自调整控制策略,可以改善磁悬浮轴承柔性转子系统的动态性能。     

基于ARM7TDMI微处理器开发平台的对主动型磁悬浮轴承数字控制的研究

本文简单介绍了磁悬浮轴承控制系统的组成和工作原理,选用CPU内核为ARM7TDMI的S3c44b0x芯片为控制器,并介绍了基于ARM7TDMI的单自由度磁轴承数字控制器的总体结构。控制上采用了非线性PID控制策略。本文中所研制的数字控制器结构简单、性能稳定、可扩展性强、实时调试方便。实验结果表明,采用基于ARM微处理器用于磁悬浮轴承数字控制效果良好,研究结果对开发数字控制磁轴承系统具有参考和应用价值。     

恒流源偏置磁悬浮轴承系统的功耗试验

恒流源偏置磁悬浮轴承结合了永磁偏置磁悬浮轴承的低功耗性和传统主动磁悬浮轴承的磁场可控性。为了验证恒流源偏置磁悬浮轴承的低功耗性,首先研究了恒流源偏置磁悬浮轴承的工作原理和理论静态功耗,然后使用了结构和性能参数基本相同的恒流源偏置磁悬浮轴承和传统主动磁悬浮轴承,利用高精度功率分析仪测量了两种磁悬浮轴承试验系统的静态功耗,试验结果表明,恒流源偏置磁悬浮轴承系统比传统主动磁悬浮轴承系统节约了40%左右的静态功耗,与理论计算基本一致。     

基于FPGA的磁悬浮飞轮用自修复磁轴承控制器的设计

磁悬浮飞轮是卫星等航天器高精度姿态控制的执行机构,磁悬浮飞轮的空间应用需要可靠性高、适应性好的实时控制器。FPGA可靠性高、接口灵活,非常适合空间系统的开发应用。本文利用片上软硬件系统设计的思想,提出了一种基于FPGA和LEON软处理器的磁轴承数字控制器,并搭建了实验平台验证了系统实际性能。然后,又提出了一种基于PFGA的自修复磁轴承控制器,这种控制器可以理论上可以大大提高系统的可靠性。     

用于转子振动主动控制的数字式磁悬浮控制器的研究

交叉刚度是引起轴承－转子系统不稳定的主要因素之一［２］。以系统增稳为目的，本文提出了一种利用闭环磁悬浮振动控制器对转子施加主动交叉刚度力以削弱原系统交叉刚度，促使系统稳定的方法。笔者以ＩＮＴＥＬ８０９８十六位单片机为核心构成磁悬浮数字控制系统，软件设计以数字系统模拟化设计技术为前提，采用稳定性较好的双线性变换法实现复频域传递函数到离散域传递函数的转换。实验研究表明，该磁悬浮系统以非线性ＰＩＤ控制规律作为控制算法实现的磁悬浮轴承可使转子单端悬浮并具有较为良好的动态特性。     

磁悬浮轴承系统的模型辨识与控制

对某磁悬浮轴承系统进行了理论建模,并进行了试验。由于建模时忽略了功率放大器和位移传感器的影响,磁悬浮轴承系统理论模型与其实际特性有较大差异,磁悬浮轴承系统是一个三阶模型,而非理论模型的二阶模型,基于理论模型设计的控制器难以获得较好的控制性能,建模时需考虑功率放大器和位移传感器的影响。为优化控制性能,采用频域辨识法对实际系统进行模型辨识,得到系统的频率特性,并对辨识数据进行模型拟合。在辨识得到的三阶模型基础上,采用极点配置法重新设计控制器,对转子进行悬浮控制,转子稳定悬浮时的位移波动量降低了约60%。     

径向磁悬浮轴承参数不确定控制的研究

研究了基于状态空间算法的径向磁悬浮轴承参数不确定H∞ 控制 ,将磁悬浮轴承的位移和速度变量直接反馈 ,设计了H∞ 状态反馈控制器 ,解决了轴向重载磁悬浮轴承系统中的关联不确定性问题。仿真结果表明 ,在所考虑的参数不确定范围内控制系统具有鲁棒稳定性。     

超高速数控磨床磁浮电主轴的研究

介绍了磁浮轴承的优点和发展现状，并通过现场磨削试验来检验磁浮轴承电主轴的磨削性能。磁浮轴承控制器是以浮点DSP芯片TMS320C32为核心构建的数字控制系统。针对轴承套圈内圆磨削时主轴转子受力的特点确定了合适的控制器参数，使电主轴静态稳定：悬浮并以60kr／min工作转速稳定运转，同步振幅小，轴承刚度高。现场磨削试验表明：磁悬浮电主轴的磨削精度基本满足要求，精磨效率接近工业应用水平。     

基于TMS320F28335DSP的磁悬浮系统数字控制器研究

以TMS320F28335和MAX7064SLC44-10为核心,设计了五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统控制器硬件电路,采用C语言编制了基于CCS3.3开发环境的不完全微分PID控制程序。在该控制器的控制下,磁悬浮轴承柔性转子系统具有较强的鲁棒性和抗干扰能力,可以顺利越过前2阶弯曲临界转速。     

永磁电磁轴承自检测原理

为了降低磁悬浮轴承的制造成本,提高磁悬浮系统的动态性能,提出了自检测磁悬浮轴承系统.该自检测系统从电磁轴承控制线圈两端提取随位移变化的电感电压(电流)信号,作为反馈信号,构成伪微分反馈(PDF)控制的闭环自检测磁悬浮轴承系统.试验结果表明,该自检测磁悬浮轴承系统具有很强的鲁棒性.