基于DSP磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的硬件研究.pdf

1、磁懸浮軸承通過控制電磁力使轉子懸浮起來，從而在定轉子之間實現(xiàn)無摩擦、高精度運轉。由于具有一系列獨特的性能，被稱為是支撐技術的一場革命。磁懸浮軸承技術是一門多學科的技術，研究領域涉及到機械學、轉子動力學、電磁學、電子學、控制理論和計算機科學等學科。目前，在美國、法國、日本、瑞士等國已獲得了工業(yè)領域的引用。我國的磁懸浮軸承研究起始于上世紀80年代初，于今已有由20多年的歷史，但始終沒能實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。因此對磁懸浮軸承系統(tǒng)的研究有重要的意義

2、。 本文介紹了磁懸浮軸承的特點以及國內外的發(fā)展狀況和趨勢。在分析了單自由度磁懸浮軸控制原理基礎上，重點分析了五自由度磁懸浮軸承的組成及結構：為便于磁懸浮軸承控制的實現(xiàn)，對磁懸浮軸承的電磁力進行了線性化。 為實現(xiàn)磁懸浮軸承系統(tǒng)的快速和高精度控制，選用TMS320LF2407為控制系統(tǒng)的主控芯片，采用了集中控制方案：確定了數(shù)字控制系統(tǒng)的整體框架；設計了DSP的基本外圍電路。 在分析比較各種傳感器特性的基礎上，選擇了電

3、渦流傳感器作為轉子位移的檢測元件；分析了電渦流傳感器的等效電路、渦流強度和深度、渦流的徑向分布、線圈軸上的磁感應強度；設計了傳感器的信號處理電路；對于傳感器始終存在的偏置耦合問題，提出了傳感器差動測量的方法。 電磁鐵部分，主要開展了電磁鐵的機械設計和電氣設計。首先分析了電磁鐵所需的導磁材料；為減小電磁鐵磁極間的耦合，便于電磁鐵加工和實現(xiàn)，對電磁鐵的磁極數(shù)和布置進行了優(yōu)化設計；根據(jù)系統(tǒng)提出的支撐力指標，易于電磁力的實現(xiàn)和控制，選擇

4、了電壓差動型繞制方式；選定了徑向軸承和推力軸承所需導線線徑并計算了線圈的匝數(shù)。 針對磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的特點和要求，本設計中采用開關功率放大器，分析了開關功率放大器的基本特點。在實現(xiàn)支撐所需的電磁力基礎上，對開關功率放大器電路進行了優(yōu)化設計，采用三電平軟開關的電路結構，以降低主功率器件的功耗、提高系統(tǒng)的動態(tài)響應速度、提高穩(wěn)態(tài)電磁力的平穩(wěn)性；仿真分析表明可以達到預期的效果；最后還建立了功率放大器的小信號模型，為控制系統(tǒng)的調節(jié)器設計