NC机床磁悬浮电主轴控制系统研究

作     者：蒋成勇 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：葛研军

授予年度：2006年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：NC机床 磁悬浮轴承 PID控制 BP神经网络 

摘      要：目前NC机床正向高速度、高精度、高效率及高度自动化方向发展，主轴系统高速化是数控机床高速加工的主要标志，主轴支承技术则是其关键技术之一。与传统轴承相比，磁悬浮轴承具有无接触、无摩擦、无污染、精度高及悬浮可靠等优点，因而在NC机床上受到广泛的应用。 本文详细介绍了磁悬浮轴承的工作原理及其系统基本组成，在分析磁悬浮轴承中磁场以及电磁力的基础上，建立了磁悬浮轴承系统转子的轴向单自由度和径向四自由度数学模型，为磁悬浮轴承控制系统的设计奠定了理论基础。 控制器是磁悬浮轴承系统中关键组成部分，由于磁悬浮轴承具有非线性和参数不确定性，不能获得其精准数学模型，应用常规PID控制器往往不能达到理想的控制效果。文中讨论了BP(Back Propagation)神经网络控制在磁悬浮轴承中应用的相关理论问题，并分别建立了传统PID控制算法和基于BP神经网络的磁悬浮轴承控制算法及控制结构，利用MATLAB对两种控制方法进行了仿真。 文中还讨论了DSP(Digital Signal Processing)控制器外围电路设计和控制算法的软件实现，并且给出各主要程序模块及软件设计流程图。 最后，阐述了磁悬浮径向轴承和磁悬浮轴向轴承的结构参数设计过程，并以径向轴承为例在保证最大承载力的条件下，以轴承和线圈重量最小为优化目标，建立了磁悬浮径向轴承优化模型。借助MATLAB，用复合形法实现了对径向轴承系统参数优化设计。