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基于DSP的磁悬浮控制系统的研究

基于DSP的磁悬浮控制系统的研究

作者：黄练伟西南交通大学

学位级别：硕士

磁浮列车作为一种新型交通工具,已经在实践中得到了应用。对于电磁吸引悬浮系统,由于其系统非线性和不稳定性,需要通过模拟控制器或数字控制器对其进行稳定控制。本文建立了单电磁铁悬浮系统（SMLS）的非线性动态模型,并... 详细信息

磁浮列车作为一种新型交通工具,已经在实践中得到了应用。对于电磁吸引悬浮系统,由于其系统非线性和不稳定性,需要通过模拟控制器或数字控制器对其进行稳定控制。本文建立了单电磁铁悬浮系统（SMLS）的非线性动态模型,并通过平衡点附近线性化和非线性反馈线性化两种方法,建立了对应的磁悬浮线性系统模型,得到了系统的状态方程和传递函数。在此基础上,分析了系统的能控性和能观性,设计了磁悬浮系统线性状态反馈控制器、模型参考自适应控制器和非线性反馈线性化控制器。分别给出各种控制器的设计思想、方法和设计步骤,并把几种控制器的控制性能进行了仿真,得出了各种控制器的性能特点,分析了各种控制器在实际系统上的可行性。对磁悬浮系统的理论分析后,根据SMLS对数字控制器的要求,设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的数字控制器,其功能包括信号采集、信号处理以及运算结果输出等。实验结果证明通过该数字控制器能实现对SMLS的稳定悬浮控制。

关键词：磁悬浮系统数字控制器反馈线性化状态反馈

基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器控制

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基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器控制

作者：郑建英渤海大学

学位级别：硕士

磁悬浮系统因具有无接触、使用寿命长、低功耗、无摩擦等优点而被广泛研究。为了实现磁悬浮系统的位置可控,系统多采用安装位置传感器来反馈悬浮物的位置信息,但是位置传感器的安装会使整个系统的机械尺寸变大、电路硬件复杂化以及成本... 详细信息

磁悬浮系统因具有无接触、使用寿命长、低功耗、无摩擦等优点而被广泛研究。为了实现磁悬浮系统的位置可控,系统多采用安装位置传感器来反馈悬浮物的位置信息,但是位置传感器的安装会使整个系统的机械尺寸变大、电路硬件复杂化以及成本增加。为了克服这些缺点,人们开始向无位置传感器控制方向进行研究。为此,本文提出利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制。论文主要工作与成果有:首先,提出了基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器的控制模式,分析了无位置传感器磁悬浮系统的工作机理,详细介绍了无位置传感器磁悬浮系统的结构和工作过程,并根据磁悬浮系统位置估计方法原理推导出本文所用的气隙长度测量方法。其次,完成对无位置传感器磁悬浮系统工作点参数的优化设计。通过分析系统各参数之间的关联与冲突问题,选取满足系统条件的各个参数的折衷值以使系统的性能达到最优。进一步,对无位置传感器磁悬浮系统进行控制研究。在建立磁悬浮系统数学模型的基础上,设计了PID控制器和Back-stepping控制器,然后对磁悬浮系统进行Matlab/Simulink仿真。仿真结果表明了利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制是可行的。最后,完成了无位置传感器磁悬浮系统的实验验证。设计了以XE164FN为核心的无位置传感器磁悬浮控制系统的硬件电路和相应的软件,并对系统进行实验研究,实验结果证明了利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制的可行性与有效性。

关键词：磁悬浮系统位置估计反推控制锁相放大技术 XE164FN

电励磁直线电机磁悬浮系统距离型模糊控制策略研究

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电励磁直线电机磁悬浮系统距离型模糊控制策略研究

作者：刘欣沈阳工业大学

学位级别：硕士

电励磁直线电机磁悬浮进给平台具有直接驱动,直接悬浮的特点,对现代精密加工领域发展具有重要的研究意义。本课题在国家自然科学基金项目:“可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台运行机理与控制策略研究（项目批准号:51575363）”的背... 详细信息

电励磁直线电机磁悬浮进给平台具有直接驱动,直接悬浮的特点,对现代精密加工领域发展具有重要的研究意义。本课题在国家自然科学基金项目:“可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台运行机理与控制策略研究（项目批准号:51575363）”的背景下,主要研究电励磁直线同步电动机的运动机理,以及解决不确定性外部扰动作用下,磁悬浮子系统的控制与设计问题。论文主要内容如下:（1）研究电励磁直线同步电机的结构、工作机理和数学模型。在d-q同步旋转坐标系下建立电励磁直线同步电动机的数学模型,在水平系统下,推导电磁推力的解析表达式,进给方向的运动方程与状态方程;对于磁悬浮系统,推导法向电磁力的解析表达式,悬浮方向的运动方程与状态方程;分析影响两种电磁力的主要因素;对于进给子系统与悬浮子系统之间的电磁耦合问题进行分析。（2）电励磁直线同步电机磁悬浮系统的距离型模糊控制器的设计。针对非线性磁悬浮系统易受参数摄动和外界不确定性扰动的影响,采用距离型模糊推理算法进行控制。针对磁悬浮系统的特性,设计距离型模糊推理的模糊准备单元;分析研究距离型模糊算法的特点,距离的概念以及推理步骤;最后搭建电励磁直线电机磁悬浮子系统的仿真模型,以PI控制为对比,仿真研究距离型模糊控制策略的动、静态特性。（3）电励磁直线同步电机磁悬浮系统的硬件电路设计和软件设计。硬件电路设计包括以数字信号处理器DSP F28335为核心的控制电路设计,和以智能功率模块（IPM）为核心的功率驱动电路设计,以及对位置信号,电流信号的采样电路,系统保护电路,和其他外围电路的设计;软件设计主要是针对主程序和中断服务子程序的设计。实现系统初始化,参数的定义和外设的启动;中断服务程序是磁悬浮系统稳定运行的关键,它包括电流,位置信号的采样、控制算法的运算以及PWM的生成等功能。

关键词：电励磁直线电机磁悬浮系统距离型模糊推理控制器设计

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磁悬浮系统关键部件的开发

国外铁道车辆 2009年第3期46卷 11-14页

作者：中尾裕行（等）[日] 蔡千华（译）刘宏友（校）

介绍了日本东芝公司为山梨磁悬浮实验线开发的超导磁铁、地面线圈及电力变换器等部件。

关键词：磁悬浮系统部件开发日本

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磁悬浮系统的模糊PID控制器设计

上海应用技术学院学报（自然科学版） 2015年第1期15卷 86-90页

作者：耿涛丁肇红上海应用技术学院电气与电子工程学院上海201418

基于GML1001磁悬浮实验装置设计了一个模糊PID控制器.该控制器利用传统的PID控制器和模糊控制器相结合形成,能根据系统偏差的大小、方向以及变化趋势等特征,依据模糊规则库做出模糊推理,能自动调整PID参数,可达到更加满意的控制效果.利... 详细信息

基于GML1001磁悬浮实验装置设计了一个模糊PID控制器.该控制器利用传统的PID控制器和模糊控制器相结合形成,能根据系统偏差的大小、方向以及变化趋势等特征,依据模糊规则库做出模糊推理,能自动调整PID参数,可达到更加满意的控制效果.利用设计的模糊自适应PID控制器,对磁悬浮控制系统中钢球的悬浮位置实现了精确的控制.实验结果表明,模糊自适应PID控制器可以使磁悬浮控制系统拥有较好的稳态和动态性能.

关键词：磁悬浮系统模糊控制模糊PID控制器参数整定

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磁悬浮系统的反推滑模控制

太原科技大学学报 2012年第2期33卷 83-87页

作者：高勇张井岗太原科技大学电子信息工程学院太原030024

针对磁悬浮系统的非线性、开环不稳定性,将其模型在平衡点附近线性化,并根据得到的状态方程设计了对系统不确定性具有较强鲁棒性的反推滑模控制器,实现了对磁悬浮系统的闭环稳定控制。在Matlab Simulink仿真环境下建立系统的实时控制框... 详细信息

针对磁悬浮系统的非线性、开环不稳定性,将其模型在平衡点附近线性化,并根据得到的状态方程设计了对系统不确定性具有较强鲁棒性的反推滑模控制器,实现了对磁悬浮系统的闭环稳定控制。在Matlab Simulink仿真环境下建立系统的实时控制框图并通过RTW工具箱生成可执行代码,实现了钢球的悬浮与控制。实验结果表明,所设计的反推滑模控制器能实现钢球的稳定悬浮并具有良好的动态跟踪性能。

关键词：磁悬浮系统反推滑模控制线性化实时控制

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永磁直线电动机磁悬浮系统鲁棒控制策略研究

永磁直线电动机磁悬浮系统鲁棒控制策略研究

作者：张振兴沈阳工业大学

学位级别：硕士

论文以高精高速数控机床应用为背景,在国家自然科学基金项目:“数控机床直接磁悬浮永磁直线电动机及其伺服控制系统研究”的资助下,对应用于数控机床的磁悬浮永磁直线同步电动机及其磁悬浮子系统进行研究。主要研究内容如下: （1）... 详细信息

论文以高精高速数控机床应用为背景,在国家自然科学基金项目:“数控机床直接磁悬浮永磁直线电动机及其伺服控制系统研究”的资助下,对应用于数控机床的磁悬浮永磁直线同步电动机及其磁悬浮子系统进行研究。主要研究内容如下: （1）磁悬浮永磁直线同步电动机的运行机理研究。从磁悬浮永磁直线同步电动机的运行机理出发,根据磁悬浮永磁直线同步电动机的矢量控制原理,对悬浮绕组采用特殊的iq=0的控制策略,推导出磁悬浮永磁直线同步电动机的电压方程、磁链方程、动力学方程及电磁力的数学模型,并对悬浮力数学模型进行分析和验证。（2）磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮子系统H鲁棒控制器设计。在建立磁悬浮永磁直线同步电动机非线性动态数学模型的基础上,采用输入/输出反馈线性化方法,求出非线性系统的状态反馈控制律,进而通过坐标变换得到该磁悬浮子系统的线性状态空间模型;将磁悬浮子系统的控制问题归结为标准H控制问题,通过求Riccati不等式的正定解得到磁悬浮子系统的H鲁棒控制器,实现对不确定性外部扰动的抑制;运用Matlab/Simulink软件对磁悬浮子系统进行仿真研究。（3）磁悬浮数字控制系统的硬件和软件设计。控制系统的主电路采用功率模块PM50RSA120为核心的电压源型变频器;控制电路主要由TMS320F2812等组成;软件主要包括主程序、定时器下溢中断服务子程序及捕获中断服务子程序等。（4）磁悬浮永磁直线同步电动机的实验研究。为研究样机性能,对磁悬浮永磁直线同步电动机样机的悬浮绕组电动势进行实际测量并进行谐波分析,与悬浮绕组电动势的有限元计算结果进行对比。同时,对用于测量悬浮高度的电涡流传感器的输入输出特性做实验研究。

关键词：磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮系统输入/输出反馈线性化 H∞鲁棒控制数字信号处理器

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基于柔性支承的磁悬浮支承系统动态特性研究

基于柔性支承的磁悬浮支承系统动态特性研究

作者：邵嘉杞武汉理工大学

学位级别：硕士

磁悬浮支承技术是对传统支承技术的一次革命,与传统支承技术相比,其因显著优势被广泛应用于现代工业生产中,磁悬浮列车和磁悬浮轴承是其中最典型的应用,分别代表直线型磁悬浮系统和旋转型磁悬浮系统。国内外针对支承部件对磁悬浮性能影... 详细信息

磁悬浮支承技术是对传统支承技术的一次革命,与传统支承技术相比,其因显著优势被广泛应用于现代工业生产中,磁悬浮列车和磁悬浮轴承是其中最典型的应用,分别代表直线型磁悬浮系统和旋转型磁悬浮系统。国内外针对支承部件对磁悬浮性能影响的研究和应用,多为支承部件对磁悬浮支承转子系统动力学特性研究和通过阻尼器改变支承参数对磁悬浮支承性能影响研究,而外界激振干扰对磁悬浮系统性能影响的研究较少,但在实际生产生活中,任何系统都将受到来自外界的正弦激励、随机激励或阶跃激励的干扰,直接影响到磁悬浮系统的支承特性,限制磁悬浮支承技术的应用于发展。因此,有必要对该课题进行研究。本文主要研究内容如下:本文首先介绍了磁悬浮支承技术的发展背景,根据目前磁悬浮支承技术的研究现状,提出支承部件对磁悬浮系统性能影响研究存在的问题。基于单自由度磁悬浮小球建立质量-弹簧-阻尼动力学模型,推导了柔性支承基础下单自由度磁悬浮系统模型的状态空间方程,采用数值分析法在MATLAB中的simulink模块下进行仿真研究。其次,在此基础上,研究支承部件对多自由度磁悬浮系统性能影响,引入实际工业产品中的磁悬浮列车、磁悬浮盘片和磁悬浮轴承分别建立二自由度、三自由度和五自由度的磁悬浮系统模型,研究其支承部件的结构参数以及系统的控制参数对系统动力学特性的影响,采用不同的支承基础调节结构参数,通过PID控制器调整控制参数。为了简化研究过程,忽略了磁悬浮系统中的耦合参数和漏磁等影响。最后,基于实验室现有条件,采用三自由度下的磁悬浮盘片系统实验装置,验证地面激振对三自由度磁悬浮系统的性能影响和仿真分析的可靠性,通过实验结果与仿真结果的对比分析,存在一定的误差,分析原因可能是对物理模型、仿真参数以及控制系统进行了合理简化,实验结果与仿真结果基本吻合。本文的研究工作是为了使磁悬浮支承系统在外界地面激振条件下保持支承特性的稳定,以期为磁悬浮系统在高端装备的广泛应用提供一定的技术支撑。

关键词：磁悬浮系统支承特性 PID 动力学分析数值模拟

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单自由度磁悬浮系统的状态反馈控制

计算机测量与控制 2005年第5期13卷 472-473,490页

作者：汤洁李训铭河海大学电气工程学院江苏南京210098

为了使单自由度磁悬浮系统的转子稳定地悬浮在平衡位置, 在建立系统状态空间模型的基础上, 对系统引入状态反馈及误差积分的控制。通过仿真, 系统的稳态误差为0, 获得了较好的动态和稳态特性。这表明, 引入误差积分控制的状态反馈闭环... 详细信息

为了使单自由度磁悬浮系统的转子稳定地悬浮在平衡位置, 在建立系统状态空间模型的基础上, 对系统引入状态反馈及误差积分的控制。通过仿真, 系统的稳态误差为0, 获得了较好的动态和稳态特性。这表明, 引入误差积分控制的状态反馈闭环控制消除了系统稳态误差, 保证了系统稳定、准确控制的要求。

关键词：磁悬浮系统单自由度状态反馈控制状态空间模型稳态误差平衡位置误差积分稳态特性闭环控制积分控制系统稳定仿真