發(fā)布時間：2020-06-04 01:36

【摘要】：主動磁力軸承(AMB,以下簡稱磁力軸承)是一種新穎的支承部件,具有無摩擦、無磨損、無需潤滑及壽命長等一系列傳統(tǒng)滾動軸承和滑動軸承所無法比擬的優(yōu)點,受到國內外學術界和工業(yè)領域的廣泛關注,也因此成為軸承行業(yè)的研究熱點。磁力軸承必須在控制系統(tǒng)的協(xié)助下才能正常工作,控制器性能的好壞直接影響到控制的動態(tài)性能和控制精度。 在磁力軸承系統(tǒng)的研究中,控制器的設計是其中至關重要的一環(huán)。目前,磁力軸承的控制器設計通常是在平衡點附近將軸承模型進行線性化,然后按照線性理論設計PID控制器。但是,由于磁力軸承具有本質不穩(wěn)定性、非線性和參數(shù)不確定性,常規(guī)的線性控制器往往不能達到控制要求,同時,來自負載的未知擾動也會影響系統(tǒng)性能,最終導致傳統(tǒng)PID控制器很難取得理想的控制效果,甚至控制失敗。 文章介紹了單自由度磁力軸承的工作原理,推導了差動激磁磁力軸承的力學模型,建立了轉子的運動方程。在MATLAB仿真環(huán)境下進行了PID控制仿真,仿真結果表明PID控制僅適用于平衡點附近的控制。針對磁力軸承的非線性特性,采用模糊控制可以擴大轉子的起浮范圍。本文在模糊控制的基礎上研究了模糊PID控制即參數(shù)自調整Fuzzy-PID控制和Fuzzy-PID雙�？刂�,仿真表明,模糊PID控制能改善轉子起浮的動態(tài)性能。 利用神經網絡的高度非線性映射能力,本文設計了磁力軸承的單神經元模糊PID控制器:當系統(tǒng)偏差較大時,模糊控制器起主要的調節(jié)作用,以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應性能;當系統(tǒng)偏差較小時,單神經元PID控制器和模糊控制器同時起作用。仿真表明控制器克服了模糊控制存在穩(wěn)態(tài)偏差的不足,保證了控制系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)態(tài)特性,并增強了系統(tǒng)抗負載擾動的能力。隨后討論了基于BP神經網絡的PID控制器,并與基本模糊控制器相結合構成神經網絡模糊PID控制器,仿真表明該控制器能取得比傳統(tǒng)PID控制器更好的控制效果。 根據磁力軸承的控制系統(tǒng)模型,介紹了磁力軸承數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件設計(控制器、功率放大器、位移傳感器、濾波器、A/D、D/A)和控制算法流程,并進行了實驗研究。
【圖文】：

2.3.1磁力軸承控制系統(tǒng)結構圖前己述及，主動磁力軸承是開環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)，必須加以閉環(huán)控制使其穩(wěn)定工作。一個典型的單自由度磁力軸承控制系統(tǒng)組成如圖2一3所示[’s】:圖2一3單白由度閉環(huán)系統(tǒng)控制信號簡圖

作為功率放大器的電流給定信號，產生相應的控制電流，驅動電磁鐵線圈。本系統(tǒng)中DA/轉換芯片采用的是MAXIM公司生產的Mx7545。其DA轉換電路連接圖如圖5一8所示。圖5一SDA/轉換電路連接圖Mx7545為并行加載的12位精度DAC芯片，只需要提供片選控制信號CS以及寫入有效信號麗，即可以完成對Mx7545的數(shù)據寫入操作。DA/按工作原理分類主要有倒T型網絡DA/轉換器和權電流型DA/轉換器。Mx7545屬于倒T網絡型D/A轉換器。為了防止模擬電路與數(shù)字電路之間的相互干擾，，DSP的輸出數(shù)據經光電隔離后6N137再進行相應的連接。光電隔離芯片采用的是美國德州儀器公司生產的6N137，該器件由砷化嫁發(fā)光二極管和單片光敏集成檢測電路組成，隔離電壓高，速度快，共模抑制比高。在本系統(tǒng)中，DA/轉換器的輸入對應差動激磁方式下的控制電流Xi，為此，DA/轉換器輸入的數(shù)字量有正也有負。這就要求D/A轉換電路能將不同極性的數(shù)字量對應轉換為正、負模擬電壓
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TP273.4;TH133.3

【引證文獻】

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本文編號：2695686