基于dsp的磁悬浮轴承控制系统的研究

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1、基于DSP的磁悬浮轴承控制系统的研究摘要磁悬浮轴承利用磁场力将转子悬浮于空间，使转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承，由于它具有无摩擦、无磨损、低能耗、寿命长以及无污染等优点，在很多领域有着广泛的应用前景。正因如此，国内外把磁悬浮轴承的出现称为是支承技术的一场革命。而将磁悬浮技术应用于转子的支承，完全消除轴承与转子的机械接触，可以大幅度提高转速，使得转子具有精度高、发热少、功耗低、无噪声和高洁净等其它轴承支承的转子无法企及的特点。由于磁悬浮轴承系统的非线性和不稳定性，需要通过模拟控制器或数字控制器对其进行稳定控制。磁悬

2、浮轴承的性能优良主要由控制器的好坏决定，它不但决定了磁轴承系统稳定悬浮与否，而且还直接影响到磁轴承的动态特性和控制精度。因此本文以研究磁轴承的控制器为主，对数字控制进行了深入研究。本文首先建立了单自由度的磁悬浮系统的非线性动态模型，并通过平衡点附近线性化的方法，建立相应的磁悬浮轴承的线性系统模型，得到系统的传递函数。在此基础上，分析了系统的稳定性和抗干扰性，设计了PI、PD、PID控制器和利用智能控制的模糊控制器，利用Matlab工具箱中的模糊模块在Simulink里进行仿真。分别给出各种控制器的设计思想、方法和设计步骤，并对各种控

3、制器的控制性能r基于DSP的磁悬浮轴承控制系统的研究进行了仿真，得出了各种控制器的性能特点。在分析单自由度系统的基础上，本文又对六自由度磁悬浮轴承系统(AMB)进行了分析。首先通过对多自由度磁悬浮轴承系统的结构，及其数学模型进行了分析，建立状态方程；在此基础上，利用经典PID对该系统进行控制，并进行了SIMULINK仿真；针对系统耦合关系的复杂性，提出了解耦方法，建立了对应的磁悬浮轴承数学模型，得到了系统的状态方程和传递函数。在此基础上，采用分散控制方式，设计了解耦控制器，即在解耦后的数学模型基础上采取PID控制方式对其进行仿真研究

4、。结果表明：对解耦后系统比未解耦系统的性能更优越。为了能够实现各个控制命令，以TMS320LF2407型DSP(Digitalsignalprocessor)为核心，设计控制器。主要进行DSP内部的软件编程，使各模块的功能得以实现，完成从信号采集到向功率器件输出PWlVl(脉宽调制)信号的全部任务。根据AMB对数字控制器的要求，设计了基于数字信号处理器TMS320LF2407的数字控制器，包括数字控制器的硬件和软件。关键词：磁悬浮轴承，解耦控制，数字信号处理器，模糊控制器II基于DSP的磁悬浮轴承控制系统的研究I之ESEARCHON

5、THECONTROLSYSTEMOFTHEACTIVEMAGNETICBEARINGSSYSTEMBASEDONDSPABSTRACTActivemagneticbearing(AMB)isonenewtypeofhighperformancebearingwhichsuspendstherotorinacontact-freemanner,Becauseithasnomechanicalcontact，nofriction，lowerpowerconsumption，lowernoise，lastingservicelifeand

6、noenvironmentalpollution，itbecomesmoreandmoreusefulinmanyareas．Therefore，theappearanceofAMBisregardedasarevolutionofbearingtechnologyathomeandatabroad．IftheAMBtechnologyisappliedtosupporttherotate，itwillbecharacterizedbyhighprecision，fewheat，lowdissipation，nonoiseandhi

7、ghclearness，whichcannotberealizedthroughhardrotatessupportedbyotherbearings．Becauseofitsnonlinearandinstability,theAMBmustbecontrolledbythesimulationcontrollerorthedigitalcontroller．ThepropertiesoftheAMBarebasedonthepropertiesoftheresearchofControllerofAMB．Thecontrolle

8、rnotonlydecideswhethertherotorsupportedbyAMBcouldsuspendsteadily,butalsoaffectsdirectlythedynamicperformanceofthesyst