本文關鍵詞：片狀轉子磁懸浮控制系統(tǒng)的研究

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【摘要】：本文針對片狀轉子和片狀轉子磁懸浮軸承系統(tǒng)的特點,推導了轉子在系統(tǒng)中的運動微分方程,分析了轉子在受到電磁力控制時各自由度之間的耦合狀態(tài),在機械結構優(yōu)化后系統(tǒng)只在軸向控制中因陀螺力矩產(chǎn)生耦合,主要表現(xiàn)形式為水平面內(nèi)兩個轉動自由度之間的耦合。建立了系統(tǒng)的空間狀態(tài)方程,結合分析陀螺力矩的成因,說明了在軸向存在耦合的系統(tǒng)中必然會產(chǎn)生陀螺力矩且陀螺力矩會隨著轉速升高而增大,影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。分別介紹了2DOF-PID控制算法和交叉反饋PID解耦算法的組成結構及原理,并使用Simulink軟件分別搭建了兩種算法的控制器仿真電路,對其特性進行仿真研究,結果表明:2DOF-PID控制器可以使系統(tǒng)在保證抗干擾性的同時獲得更好的目標值跟蹤特性,而交叉反饋PID解耦控制器可以有效補償陀螺力矩實現(xiàn)解耦效果,且在轉速越高的情況下補償效果越強,過補償或欠補償則不能完全抵消耦合效果。介紹了在CCS集成系統(tǒng)中開發(fā)2DOF-PID控制器和交叉反饋PID解耦控制器的相關設計要點和技術手段。分別在片狀轉子磁懸浮軸承系統(tǒng)上對2DOF-PID控制器和交叉反饋PID解耦控制器進行了實驗,并與之前使用模擬PID控制器的數(shù)據(jù)進行了比較。實驗結果表明:2DOF-PID控制器和交叉反饋PID解耦控制器比模擬控制器的控制效果要好,而相比于提高單路動態(tài)性能的2DOF-PID控制器,交叉反饋PID解耦控制器更適合片狀轉子的磁懸浮控制。而在片狀轉子的旋轉過程中,陀螺力矩引起的耦合是影響其穩(wěn)定性的主要因素。
【關鍵詞】：主動磁懸浮軸承 片狀轉子 耦合 2DOF-PID 交叉反饋解耦
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 注釋表10-12
• 縮寫說明12-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 主動磁懸浮軸承技術簡介13-14
• 1.2 片狀轉子及研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 片狀轉子及類片狀轉子磁懸浮系統(tǒng)結構設計的研究15-17
• 1.2.2 磁懸浮軸承控制算法的研究17-18
• 1.3 課題研究主要內(nèi)容及論文安排18-21
• 1.3.1 課題研究意義18-19
• 1.3.2 課題研究內(nèi)容19
• 1.3.3 論文工作安排19-21
• 第二章 片狀轉子的數(shù)學模型及計算21-32
• 2.1 片狀轉子磁懸浮系統(tǒng)的結構與工作原理21-22
• 2.2 片狀轉子的數(shù)學模型22-31
• 2.2.1 片狀轉子受力分析及力學模型22-25
• 2.2.2 片狀轉子磁懸浮系統(tǒng)狀態(tài)方程25-28
• 2.2.3 片狀轉子陀螺力矩的成因和影響28-31
• 2.3 本章小結31-32
• 第三章 控制算法理論設計及仿真分析32-46
• 3.1 分散 2DOF-PID控制32-37
• 3.1.1 2DOF-PID控制的基本原理32-34
• 3.1.2 2DOF-PID控制的性能仿真分析34-37
• 3.2 交叉反饋PID解耦控制37-44
• 3.2.1 交叉反饋解耦控制的基本原理37-38
• 3.2.2 交叉反饋解耦控制的控制參數(shù)計算38-40
• 3.2.3 交叉反饋PID解耦控制的性能仿真分析40-44
• 3.3 本章小結44-46
• 第四章 片狀轉子磁懸浮控制器的開發(fā)46-56
• 4.1 基于TMS320F2812的磁懸浮控制板硬件介紹46-47
• 4.2 1DOF-PID的離散化及算法程序47-49
• 4.3 2DOF-PID控制和交叉反饋解耦控制的軟件實現(xiàn)49-54
• 4.3.1 數(shù)字控制器的軟件總體設計49-51
• 4.3.2 2DOF-PID控制器的軟件實現(xiàn)51
• 4.3.3 交叉反饋解耦PID控制器的軟件實現(xiàn)51-54
• 4.5 本章小結54-56
• 第五章 片狀轉子磁懸浮控制系統(tǒng)的實驗測試56-63
• 5.1 實驗系統(tǒng)搭建56-57
• 5.2 片狀轉子懸浮和旋轉實驗57-61
• 5.2.1 片狀轉子靜態(tài)懸浮實驗57-59
• 5.2.2 片狀轉子旋轉實驗59-61
• 5.3 實驗過程出現(xiàn)的問題與分析61
• 5.4 本章小結61-63
• 第六章 總結與展望63-65
• 6.1 本文主要工作63-64
• 6.2 下一步工作展望64-65
• 參考文獻65-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表(錄用)論文情況69

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本文編號：901971