磁悬浮试车架模拟控制板的调试方法

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1、.磁悬浮试车架模拟控制板的调试方法内容提要磁悬浮技术是一门涉及机械工程、力学、电磁技术、电子技术、控制工程和计算机技术的综合技术，在许多领域得到广泛应用。电磁轴承是磁悬浮技术的典型应用，具有无接触、无摩擦、无磨损、可控制等优点，将电磁轴承应用于固体发动机试验系统，可以解决接触式支承不可避免的轴向力传递过程中的力损耗问题，从而可提高轴向推力测量的精度和试验架的动态响应，为固体发动机试验的参数测量提供新的技术途径。电磁轴承的控制技术是磁悬浮技术应用于固体火箭发动机地面试验的关键技术之一，其控制器的设计、调试是整个项

2、目的关键环节。本文主要介绍了磁悬浮试车架模拟控制板的调试技术。根据电路调试原理，将原理样机模拟控制板电路划分为七个单元电路，对电路逐个进行了理论分析，数字仿真；对单元电路设计了测试方案，获得了实测的电路数据，对数据进行了处理，对理论模型进行了修正，得到了单元电路的精确模型；设计了开环调试方案，组建了开环调试系统；进行了开环调试，根据控制目标，更换了部分元器件，使模拟控制电路达到了性能指标要求。2005年6月1日完成了实物试验，达到了控制目标。说明了测试过程中得到的单元电路模型是正确的，开环调试方法是可行的，建立

3、了一种磁悬浮试车架模拟控制板的离线调试方法，为以后相关型号固体发动机地面热试车系统提供了快速调试方法。...1概述由于磁悬浮技术的无接触、无摩擦、可控制的优点，806所近年来密切关注此项技术的最新发展并将磁悬浮试车架应用于地面试验中。磁悬浮试车架的工作原理是通过电磁轴承产生电磁力克服发动机的重力和外界干扰力。磁悬浮试车架控制系统的功能是测量发动机的轴线径向位移，并与轴线指定位置比较获得位移偏差信号，调节供给电磁轴承的电流形成可控电磁力，使发动机起浮并稳定到指定位置。由此看来，控制器的设计、调试方法是整个项目研制

4、的关键环节。806所于2004年引进了磁悬浮试验架原理样机，并提出了形成设计能力的目标。很快仿制了模拟控制板，在第一次调试试验中基本实现了发动机的起浮但出现了发动机的振动现象。针对此问题，要求获得模拟控制板的性能数据，并完成模拟控制板的性能调试，实现发动机的稳定悬浮，经过3个月的紧张工作，基本获得控制板各电路的性能参数，建立了电路的精确模型，摸索出一套开环调试方法。2电路板调试原理电路分析与模块分解电路仿真与模块仿真电路元器件及连线检查电路板动、静态测试全系统性能调试图1电路板调试步骤模拟控制板电路的调试借鉴了

5、一般电路板测试方法，借助EWB电路仿真软件、MATLAB仿真软件分析各单元电路，进行了元器件检查，完成了开环静、动态调试，最后进行了全系统调试。电路板调试步骤如图1。图1模拟控制板调试步骤...3PID模拟控制板的调试3．1单元电路分析单元电路分解的目标是为了获取系统模型及性能参数。调试过程将整个电路分为位移调理电路（调零和二阶滤波电路）、电流调理电路、PID电路、限幅及正反向电路、脉宽调制电路（由TL494组成）、IGBT驱动电路（由EXB841电路组成）及电源（±12V，±15V、4路20V）等部分，如图2

6、所示。图2电路原理图图2电路原理图在单元电路分析过程中，对各单元电路分析其原理，计算其相关参数，建立相应的数学模型，并分析了各个电路的功能。各个电路分析如下：1）电源电路模拟控制板上的电源电路包括±12V，±15V，20V输出。其中+12V电源主要提供参考电压，给位移调零电路提供独立电压，并在过流保护中应用，±15V电源给控制板上各电路芯片供电，20V电源给IGBT驱动电路的EXB841芯片供电。电源电路原理基本相同，不同电源输出时器件略有调整。2）位移调理电路...传感器信号调理电路包括调零电路和滤波电路。调

7、零电路功能是将测量位移信号与指定位移信号比较获得位移误差信号，滤波电路功能是对位移传感器信号进行滤波，提高测量信号质量。滤波器选定切比雪夫滤波器，其放大倍数为-1，固有角频率为3.1K。电路原理图如图3所示。调零电路数学模型为：滤波器数学模型为：图3位移调理电路原理图3）电流调理电路电磁轴承由两组线圈组成，采用调节电流来获得可变电磁力，从而控制发动机位置，因此需要对两路电流进行测量并要对信号滤波。分析电路得到放大倍数为-333倍，滤波器截止角频率为500。单元电路由信号放大和滤波电路组成，其电路原理图如图4所示

8、。数学模型为图4电流调理电路4）PID电路...磁悬浮控制器采用了成熟的比例-积分-微分（PID）控制模式，采用比例环节提高系统刚度，微分环节增加系统阻尼，积分环节消除稳态误差，因此采用了PID电路，其输入为位移偏差信号，并进行PID变换调节电流信号，达到通过改变偏置电流大小调节发动机的位置达到稳定悬浮和抗干扰的目的。常用PID的调节电路可有单运放PID电路，串并联PID电路，全并联P