控制理论与控制工程硕士论文-磁悬浮轴承控制系统研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文磁悬浮轴承控制系统研究姓名：昌红武申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：张丹红20070501武汉理工大学硕士学位论文、摘要磁悬浮轴承(MagneticBearing)也称为“磁力轴承”或“电磁轴承”，是利用电磁力将转子悬浮于空间的一种新型高性能轴承。由于转子与定子之问不存在机械接触，转子可以达到很高的转速，几乎没有磨损，寿命长，能耗低，噪声小，无需润滑，在很多应用领域内与传统轴承相比存在明显的优越性。磁悬浮轴承系统是一个开环不稳定的系统，必须使用反馈，在控制器的协助下才能正常工

2、作。因此，控制器的设计在研究和工业应用中是极为关键的一环。磁悬浮轴承系统又具有本质非线性的特点，而目前常用的控制器是针对平衡点附近的线性化模型而设计的。在这种控制器的作用下，系统的调节时间和超调量偏大，并且系统能稳定工作的范围比较小。本文试图建立磁悬浮轴承的非线性模型(T-S模糊模型)，并在此基础上设计控制器，以改善系统的动态性能，并扩大转子的稳定工作范围。本文针对小范围线性化的不足，运用M枷，AB／Simulink中的S函数建立起磁悬浮轴承的非线性模型，并在这两种模型下进行仿真并对比．运用模糊系统中的T-S模糊模型

3、，分别建立了磁悬浮轴承系统大范围和小范围T．S模糊模型，然后将两个模型有机地结合在一起作为系统最终的模糊模型，从而实现了磁悬浮轴承系统的模糊建模。仿真结果表明所建立的模糊模型能够逼近磁悬浮轴承系统的高度非线性关系，对实际系统的各种真实输入输出数据都能进行很好的拟合。介绍了以DSP1MS320u屹407A为控制核心的磁悬浮轴承系统硬件平台和DSP控制软件的设计，对DSP最小系统、DSP与外部存储器的时序配合、巴特沃斯有源低通滤波电路、A／D转换器、D／A转换器和功率放大器等硬件问题进行了讨论。论文最后给出了部分实验结果

4、。’关键词：磁悬浮轴承，模糊控制，T-S模糊模型，数字信号处理器，控制系统武汉理工大学硕士学位论文ABSTRACTMagneticSuspensionBearing,orActiveMagneticBearing(AMBforshort)isakindofbearingwithexcellentperformance，inwhichrotorcanbesuspendedbymagneticforce．Becauseoftheperfectcharacteristicofcontact-freebetweenrotor

5、andstator,therotorCanrotateatveryhighspc宅d．Also．theAMBhastheadvantageoflonglifetime,lowpowerloss，lownoise,nolubricationandalmostnoWCal"．TheAMBsystemisinstableintheconditionofopen-loop，itworkswellonlywiththeheIpofa∞ntroUerunderclosed·loop,whichisveryessentialtot

6、heapplicationofAMBsysteminresearchandindustrialapplication．Atpresent,theusualmethodisgettingthelinearmodelatthebalancepointofAMBsystem,designingalinearcontroller．Butundercontrolofthelinearcontroller,thesystemhaslongsealingtimeandlargeover-shoot．Atthesametime，th

7、erotor'sstableoperatingrangeissmall．Therefore，thethesistriestodesignacontrollerbasedonnonlinearmodel，suchasT-Sfuzzymodel，toimprovethesystem’Sdynamicperformanceandextendtherotor'sstableoperatingrange．Inallusiontotheshortcomingofsmallrangeunderlinearmodel，asuitab

8、lemodelthatcanwelldescribetheAMBsystem'snonlinearcharacteristicmustbefound．ThusthefirstmainpartworkistomodeltheAMBsystemwitllT-Sfuzzysystera．Twodifferentmodelsarcestablished