五自由度磁力軸承控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究

發(fā)布時間：2020-09-22 07:40

　　磁力軸承具有定轉(zhuǎn)子之間無摩擦、高轉(zhuǎn)速、高精度等優(yōu)點，在國際上引起廣泛關(guān)注。國際上的磁力軸承研究已經(jīng)有40年以上歷史。目前，在美國、法國、日本、瑞士等國已經(jīng)獲得了工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。國際第一屆磁力軸承會議于1988年舉行，以后每2年一屆。我國的磁力軸承研究起始于上世紀(jì)80年代初，于今已有20年左右歷史，但始終沒能實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。在前人研究的基礎(chǔ)上，本文試圖提出磁力軸承的數(shù)字控制系統(tǒng)的新設(shè)計方案及其實現(xiàn)方法；對磁力軸承的功率放大器作出一點改進(jìn)；探索新的控制算法；對國內(nèi)磁力軸承研究提出一點建議。本論文首先介紹了磁力軸承研究在國民經(jīng)濟(jì)中的實用價值與理論意義、國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀等。其次介紹了磁力軸承系統(tǒng)各部分的組成及它們在磁力軸承系統(tǒng)中的作用，同時較詳細(xì)地介紹了位移傳感器。本論文提出了新的磁力軸承數(shù)控系統(tǒng)方案及其實現(xiàn)方法。該數(shù)控系統(tǒng)選用1片高性能的TMS320F2812型DSP作為主控制器。通過TMS320F2812型DSP內(nèi)置的12位ADC模塊對五個自由度的位移信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該A／D轉(zhuǎn)換方案的主要優(yōu)點是減少A／D接口設(shè)計的任務(wù)、降低接口設(shè)計成本。本數(shù)控系統(tǒng)的D／A部分則采用2片8通道、12位DAC芯片TLV5630，該D／A轉(zhuǎn)換方案的主要優(yōu)點是使10路懸浮線圈電流給定信號同時輸出、以降低磁力軸承控制系統(tǒng)模型不確定性，減少A／D接口設(shè)計的任務(wù)、降低接口設(shè)計成本。本論文對TMS320F2812ADC模塊、SPI模塊應(yīng)用所作的探索，將能供使用TMS320F2812ADC模塊、SPI模塊的研發(fā)人員或?qū)W習(xí)者參考。針對磁力軸承的特點，從提高功率放大器的電流響應(yīng)速度和能量轉(zhuǎn)化效率出發(fā)，對功率放大器的控制電路和功率電路進(jìn)行了研究，研制了一臺采樣保持型磁力軸承功率放大器。實驗結(jié)果表明，該功率放大器具有電流響應(yīng)速度快、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點。在對五自由度磁力軸承作仿真研究時，前人雖然對磁力軸承的五個自由度進(jìn)行建模，但常常僅選擇具有代表性的軸向自由度進(jìn)行仿真。本論文則對磁力軸承的五個自由度都分別進(jìn)行了仿真研究。在文章的最后，總結(jié)了本文的主要研究成果、創(chuàng)新點，對國內(nèi)的磁力軸承研究方法進(jìn)行了反思，提出了幾點改進(jìn)國內(nèi)磁力軸承研究的方法。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2005
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

磁力軸承,實物,轉(zhuǎn)子,定子線圈

巨互}崖封泛互}一定子;2一轉(zhuǎn)子;3一輔助軸承;4一位移傳感器;5一圓盤;圖2一3磁力軸承的機(jī)械部分結(jié)構(gòu)剖面圖本磁力軸承系統(tǒng)機(jī)械部分參數(shù)為王”」:軸向磁力軸承參數(shù):轉(zhuǎn)子推力盤與定子線圈間最大氣隙0.4~，定子線圈匝數(shù)384匝，線圈最大工作電流ZA，最大工作電流時氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度1.2T，定子電磁鐵每個磁極橫截面積3.0924x10一’mZ。徑向磁力軸承參數(shù):轉(zhuǎn)子與定子電磁鐵間的最大氣隙.04~，定子線圈334匝。前端定子電磁鐵每個磁極橫截面積4.8x10一4m2，后端定子電磁鐵每個磁極橫截面積1.8/10一“mZ，定子線圈最大工作電流ZA、氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度1.2T。轉(zhuǎn)子參數(shù):轉(zhuǎn)子質(zhì)量為12kg

偏置電壓,線圈