基于TMS320F28335DSP的磁悬浮轴承数字控制器的研究与设计

磁悬浮轴承系统能否正常运转,在很大程度上由其控制器决定,所以对磁悬浮轴承系统控制器的研究是极为重要的。以TMS320F28335 DSP和EPM240T100CN为主控芯片,设计了磁悬浮轴承数字控制板的硬件电路。在CCS3.3集成开发环境中编写了不完全微分PID控制策略的C语言程序。所研制的数字控制器成功地实现了转子的静态悬浮以及高速旋转,并在磁悬浮轴承试验台上进行了试验。试验结果表明:该数字控制器具有较好的控制性能。     

基于ARM7的磁悬浮轴承数字控制系统设计

以ARM7TDMI-S CPU为内核的LPC2131微处理器为核心,设计了同极型四自由度径向主动磁悬浮轴承控制器硬件电路及控制软件,采用变速积分-抗积分饱和增量式数字PID实现了对系统转轴位置及线圈电流的双闭环控制。试验结果表明:磁悬浮轴承具有良好的控制精度及静态刚度,满足了磁悬浮轴承控制性能的初步要求。     

主动磁悬浮轴承数模混合式PID控制器研究

以主动磁悬浮轴承为研究对象,提出了一种数模混合式PID控制器的工作原理。针对数字控制器和模拟控制器在主动磁悬浮系统应用中的不足,基于TMS320F28335和数字电位器设计了一种主动磁悬浮轴承中的数模混合式PID控制器。控制器实现了PID参数的实时调整,使得磁悬浮系统能够最大程度的适应某些瞬态需求。经过实验验证,设计的数模混合式PID控制器能够满足主动磁悬浮轴承的要求,使系统的稳定性和鲁棒性得以增强。     

磁悬浮轴承数字控制器故障诊断与处理

对磁悬浮轴承数字控制器的可靠性进行了研究,根据磁悬浮轴承数字控制器的特点与结构,将其分为DSP芯片以及信号输入通道、信号输出通道三个部分,分析了每个部分可能发生的故障类型,针对不同的故障类型研究了相应的故障诊断与处理方法,并以美国TI公司的浮点DSP芯片TMS320VC33为核心研制了高可靠磁悬浮轴承数字控制器。应用该数字控制器在五自由度磁悬浮轴承系统上进行了可靠性验证试验,试验中,当转子处于30 000r/min的高转速下手动复位DSP芯片以模拟其发生故障,控制器能够在100μs内判断出故障并切换到备用DSP芯片,在整个故障处理过程中磁悬浮轴承系统保持稳定。同样,在转子处于30 000r/min的高转速下任意切断单个或多个信号传输通道,控制器能在20μs内判断出故障通道并切换到备用通道,且整个切换过程对转子状态没有任何影响。     

基于ARM7TDMI微处理器开发平台的对主动型磁悬浮轴承数字控制的研究

本文简单介绍了磁悬浮轴承控制系统的组成和工作原理,选用CPU内核为ARM7TDMI的S3c44b0x芯片为控制器,并介绍了基于ARM7TDMI的单自由度磁轴承数字控制器的总体结构。控制上采用了非线性PID控制策略。本文中所研制的数字控制器结构简单、性能稳定、可扩展性强、实时调试方便。实验结果表明,采用基于ARM微处理器用于磁悬浮轴承数字控制效果良好,研究结果对开发数字控制磁轴承系统具有参考和应用价值。     

恒流源偏置磁悬浮轴承系统的功耗试验

恒流源偏置磁悬浮轴承结合了永磁偏置磁悬浮轴承的低功耗性和传统主动磁悬浮轴承的磁场可控性。为了验证恒流源偏置磁悬浮轴承的低功耗性,首先研究了恒流源偏置磁悬浮轴承的工作原理和理论静态功耗,然后使用了结构和性能参数基本相同的恒流源偏置磁悬浮轴承和传统主动磁悬浮轴承,利用高精度功率分析仪测量了两种磁悬浮轴承试验系统的静态功耗,试验结果表明,恒流源偏置磁悬浮轴承系统比传统主动磁悬浮轴承系统节约了40%左右的静态功耗,与理论计算基本一致。     

磁悬浮轴承数字功率放大器

研制基于数字信号处理器(Digital signal processor,DSP)和现场可编程逻辑阵列(Filed programmable gate array,FPGA)的三电平脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)型磁悬浮轴承数字功率放大器.用DSP芯片取代模拟电路进行比例积分(Proportion-integration,PI)调节、三角载波产生以及负载线圈驱动信号PWM波的产生,通过DSP内部程序实现PWM占空比在线调节,实时控制磁悬浮轴承负载线圈中的电流大小,从而控制转子稳定悬浮在平衡位置,并给出采用FPGA对驱动信号PWM波进行移相180°的方法,实现三电平的数字功率放大器.将此数字功率放大器应用于5自由度磁悬浮轴承试验台,实现了转子的静态稳定悬浮,静态悬浮时转子振动的峰峰值小于5 μm.采用数字化的设计方法,能够优化磁悬浮轴承功率放大器的性能,且具有体积小、程序可移植性强、可靠性高等优点.     

重载磁悬浮轴承电控系统的研究

针对大型高速旋转机械中磁悬浮轴承电磁力小和响应(电流响应和电磁力响应)速度较慢等问题,采用了IGBT器件作为功率器件,研究了变换器的拓扑结构及其控制方法,设计制作了高电压大电流功率放大器和电压可调高频开关功率电源。将设计制作的功率放大器和开关功率电源,与实验室已有的传感器和数字控制器相结合,搭建了重载磁悬浮轴承电控系统,并将其应用于磁悬浮飞轮转子试验台进行了试验。试验及研究结果表明:重载磁悬浮轴承电控系统的最大输出电流为120 A,最大输出电压为450 V,大大提高了磁悬浮轴承的电磁力和响应速度,并且其能够保证飞轮转子在工作转速范围内稳定运行。     

磁悬浮电主轴集成控制系统的动态性能研究

将磁轴承的位置控制和电流控制等环节集成到一片现场可编程门阵列(FPGA)芯片上,设计了基于FPGA的磁轴承集成控制器硬件结构。建立了磁悬浮电主轴的数学模型,并根据其动态性能要求,编写了基于Verilog代码的H∞控制算法,实现了五自由度磁悬浮电主轴在60 000r/min长期稳定运转,并且转子振动幅值小于2μm。研究结果表明,采用基于FPGA集成控制器的H∞控制策略能够提高磁悬浮电主轴的动态性能。     

基于DSP2812的磁悬浮轴承位移检测控制系统设计

针对磁悬浮轴承系统位移检测的特点,设计了一套以TMS320F2812 DSP为核心的磁悬浮轴承位移检测控制系统.详细介绍了电涡流位移传感器的工作原理,设计了磁悬浮轴承系统的数字控制器、位移信号调理电路等相关硬件电路,并对所设计的位移检测数字控制系统进行了软件实现,给出了主程序和中断子程序流程图,最后,对所设计的磁悬浮轴承位移检测数字控制系统进行了试验验证.     

模拟复合正交神经网络在轴向磁轴承中的控制研究

由于磁轴承的动态性能主要取决于所采用的控制规律,控制器是磁轴承系统的关键.在数字复合正交神经网络(NN)的基础上,提出了一种模拟复合正交神经网络,并用于轴向磁轴承的控制中.控制器采用模拟复合正交神经网络与PID的并行控制方法,对带有负载干扰的轴向磁轴承控制系统作了PID控制与NN PID控制的仿真实验.仿真结果表明,相对于常规PID控制器,该并行控制法具有较高的抗干扰与自适应能力-控制效果理想.     

基于DSP的有源磁悬浮轴承数字控制系统研究

研究了有源磁悬浮轴承(AMB)的工作原理及其数字控制器,讨论了以定点数字信号处理器TMS320F240为核心的数字控制系统.控制算法采用改进的积分分离PID算法,实现了单自由度磁轴承的稳定悬浮.     

基于扩充临界比例系数法的电磁轴承数字PID控制器参数整定

通过对电磁轴承系统的原理介绍,建立了电磁轴承数字控制系统模型,同时介绍了电磁轴承数字PID控制系统,采用MATLAB系统的工具箱对电磁轴承的控制系统建立数字和模拟两种模型并进行仿真,得到仿真结果,依据仿真结果研究了数字PID控制器参数对电磁轴承控制系统的影响,应用基于系统临界震荡的闭环整定方法的扩充临界比例系数法对数字PID控制器参数进行整定,得出较理想的仿真结果,为今后电磁轴承数字控制系统的设计提供了一种简洁高效的方法。     

启动冗余磁轴承对磁悬浮轴承转子系统动态性能的影响

建立了带冗余支承的五自由度磁悬浮轴承转子系统的仿真模型,采用ADAMS和Matlab软件对不完全微分PID控制的磁悬浮系统进行联合仿真,分析了启动冗余支承对系统动态性能的影响。在此基础上,设计制作了基于TMS320F28335DSP的数字控制器硬件电路,编写了不完全微分PID控制程序并在试验台上进行验证。     

电磁轴承数字控制系统设计及实现

电磁轴承系统的刚度、阻尼是可调的 ,所以 ,其动态性能与采用的控制器有关 ,有可能获得最优的控制策略。本文在原有模拟控制系统的基础上 ,采用 DSP技术 ,设计了一种新的数字控制系统 ,着重从控制器硬件、软件结构方面进行了讨论 ,并予以系统实施。采用工业控制专用的 DSP芯片、集成的 A/ D和数字 PWM控制输出接口 ,提高了数字控制器的速度和可靠性 ;控制器串口的设计使得其过程监控和状态分析更为方便 ;使用简单的数字 PID算法 ,实现了 8.5 kg转子的五自由度稳定起浮和旋转。这种数字控制系统可作为开发和实施实时控制策略、进行电磁轴承产品工程化的实用平台 ,也可以替代现有的模拟控制系统。     

主动电磁轴承智能积分型自适应模糊控制器

将传统的PID控制器或者传统复合型模糊控制器应用到主动电磁轴承系统中,其动、静态特性之间存在着一定的矛盾,较难达到理想的控制效果。将自适应模糊控制器和智能积分器相结合,提出了智能积分型自适应模糊控制器,以一个单自由度主动电磁轴承模型为例,比较了智能积分型自适应模糊控制器、传统模糊控制器和传统PID控制器的控制性能,并进行了仿真。仿真结果证明了智能积分型自适应模糊控制器的优越性。     

磁悬浮轴承系统的模型辨识与控制

对某磁悬浮轴承系统进行了理论建模,并进行了试验。由于建模时忽略了功率放大器和位移传感器的影响,磁悬浮轴承系统理论模型与其实际特性有较大差异,磁悬浮轴承系统是一个三阶模型,而非理论模型的二阶模型,基于理论模型设计的控制器难以获得较好的控制性能,建模时需考虑功率放大器和位移传感器的影响。为优化控制性能,采用频域辨识法对实际系统进行模型辨识,得到系统的频率特性,并对辨识数据进行模型拟合。在辨识得到的三阶模型基础上,采用极点配置法重新设计控制器,对转子进行悬浮控制,转子稳定悬浮时的位移波动量降低了约60%。     

基于TMS320F2812的磁悬浮数字控制器的研究

传统的模拟PID控制器存在着参数调整不方便,精度较低、硬件结构不易改变以及难以实现先进的控制算法等缺点.本文采用美国TI(Texas Instruments)公司的C2000系列产品中目前最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片-TMS320F2812作为磁悬浮轴承系统数字控制器的CPU设计控制器的硬件系统.并以RS-232串行通信方式实现数据传输.控制器中采用增量式PID控制算法.获得了比较好的控制效果.     

基于FPGA的磁悬浮飞轮用自修复磁轴承控制器的设计

磁悬浮飞轮是卫星等航天器高精度姿态控制的执行机构,磁悬浮飞轮的空间应用需要可靠性高、适应性好的实时控制器。FPGA可靠性高、接口灵活,非常适合空间系统的开发应用。本文利用片上软硬件系统设计的思想,提出了一种基于FPGA和LEON软处理器的磁轴承数字控制器,并搭建了实验平台验证了系统实际性能。然后,又提出了一种基于PFGA的自修复磁轴承控制器,这种控制器可以理论上可以大大提高系统的可靠性。     

用于转子振动主动控制的数字式磁悬浮控制器的研究

交叉刚度是引起轴承－转子系统不稳定的主要因素之一［２］。以系统增稳为目的，本文提出了一种利用闭环磁悬浮振动控制器对转子施加主动交叉刚度力以削弱原系统交叉刚度，促使系统稳定的方法。笔者以ＩＮＴＥＬ８０９８十六位单片机为核心构成磁悬浮数字控制系统，软件设计以数字系统模拟化设计技术为前提，采用稳定性较好的双线性变换法实现复频域传递函数到离散域传递函数的转换。实验研究表明，该磁悬浮系统以非线性ＰＩＤ控制规律作为控制算法实现的磁悬浮轴承可使转子单端悬浮并具有较为良好的动态特性。