交流磁轴承位移检测与数字控制技术

作     者：邹海丹 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱熀秋

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：交流主动磁轴承 数学模型 传感器 自检测 数字控制 

摘      要：磁轴承是利用磁场力将转子悬浮于空中的一种新型高性能轴承,从根本上改变了传统的支承方式,具有无摩擦、无污染、无需润滑和密封、高速度、高精度、寿命长等优点而倍受瞩目,在能源交通、机械工业、航空航天等领域具有潜在应用前景。目前国内外对主动直流控制式磁轴承研究颇多,但随着逆变器及数字控制技术应用技术的成熟,逆变器具有价格便宜、体积小等优点,从而整体上减小了磁轴承驱动控制系统的体积和成本。论文在国家自然科学基金项目“基于交流磁轴承的高速机床电主轴系统的研究(50575099)的支持下,研究了一种由逆变器驱动的新型交流主动磁轴承。对交流磁轴承结构、原理、数学模型、控制策略及位移检测技术开展了研究,论文将位移自检测技术应用到交流主动磁轴承系统中,根据三相逆变器驱动的线圈电流纹波是转子位移量的函数,通过位移自检测系统对电流纹波进行解调滤波,间接地获取交流主动磁轴承转子径向位移量,解决了使用传感器所带来的机械尺寸大、成本高、可靠性低等一系列难题。论文主要研究工作如下： 首先,介绍了几种典型主动磁轴承结构和磁路;在分析交流主动磁轴承工作原理基础上,采用等效磁路法推导出悬浮力数学模型,依据数学模型,采用仿真软件MATLAB对其悬浮力非线性及各个自由度之间的耦合性特性进行了仿真分析;最后提出了交流主动磁轴承系统控制策略。 其次,介绍了磁轴承位移自检测技术工作原理及特点,对交流主动磁轴承系统位移自检测进行了详细的分析,设计了位移自检测系统的主要实现电路;介绍了电流跟踪控制器的作用及原理,设计了位移自检测交流主动磁轴承的控制系统框图,并对其系统性能进行了仿真和分析。 最后,采用TI公司的TMS320F2812 DSP为控制芯片,研制了位移自检测交流主动磁轴承的数字控制系统硬件电路,给出了主程序及各子程序流程图,并开发了相关软件,进行了局部实验,提出了详细的实验及测试方案,为进一步开展位移自检测交流磁轴承各项参数调试与性能测试奠定了基础。