本文關(guān)鍵詞：磁力軸承用數(shù)字功率放大器的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：不加控制的磁力軸承是一個不穩(wěn)定的開環(huán)系統(tǒng),因此需要加入控制系統(tǒng)進行閉環(huán)控制。功率放大器(簡稱功放)做為磁力軸承控制系統(tǒng)的驅(qū)動單元,其輸出特性對系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及動態(tài)特性具有重要影響。磁力軸承功放根據(jù)實現(xiàn)方式的不同分為模擬功放和數(shù)字功放兩類,數(shù)字功放以其抗干擾能力強、控制算法靈活等優(yōu)點逐漸在磁力軸承系統(tǒng)中得到廣泛應用,本文對兩電平功放和三電平功放的數(shù)學模型進行建模并設(shè)計一款基于DSP28335的數(shù)字功放以驗證不同參數(shù)對功放的影響。 首先對磁力軸承功放的特性進行了分析并深入探討了電流響應速度、控制力響應速度、電流紋波、開關(guān)頻率等參數(shù)對磁力軸承系統(tǒng)的影響。通過比較各類調(diào)制方式和功率主電路的優(yōu)缺點確定了PWM調(diào)制+半橋結(jié)構(gòu)的功放硬件電路設(shè)計方案。根據(jù)負載線圈兩端電平的不同將功放分為了兩電平功放和三電平功放兩類,通過求解電壓方程得到了兩電平功放和三電平功放穩(wěn)態(tài)時的電流紋波表達式,運用傅立葉變換對功放輸出電流信號進行了分解并使用SIMULINK軟件建立了兩電平功放和三電平功放的閉環(huán)模型。由兩電平功放和三電平功放的仿真結(jié)果可知三電平功放具有更好的電流輸出特性。 其次對功放電路進行了詳細地設(shè)計和選型并研制了一塊實驗用功放板。以CCS3.3開發(fā)軟件為平臺對ePWM模塊和A/D模塊進行了配置,實現(xiàn)了0%-100%占空比可變的PWM波的輸出、數(shù)字PI調(diào)節(jié)和負載電流的采集。 最后搭建了系統(tǒng)實驗平臺并對兩電平數(shù)字功放的輸出特性進行測試。根據(jù)測試結(jié)果可知,該兩電平數(shù)字功放能夠?qū)崿F(xiàn)給定信號的穩(wěn)定跟蹤并具有較好的線性度。在母線電壓下觀察其對功放電流響應速度的影響并驗證了兩電平功放輸出紋波電流與母線電壓成正比這一結(jié)論。通過給定不同頻率的正弦波信號測量功放的輸出電流波形并繪制出功放的幅頻響應曲線和相頻響應曲線。當負載為電感6.3mH、電阻為1Ω的電磁線圈,母線電壓為90V時,根據(jù)頻率響應曲線可知功放的輸出帶寬理論上達到了7.2KHz,實際可用帶寬為600Hz,根據(jù)該功放設(shè)計的磁力軸承最高轉(zhuǎn)速理論上可達36000r/min。
【關(guān)鍵詞】：磁力軸承 數(shù)字功放 DSP28335
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH133.3;TN722.75
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 磁力軸承概述9-12
• 1.1.1 磁力軸承的分類及特點9-11
• 1.1.2 磁力軸承國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2 磁力軸承功放國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 本課題研究目的及意義17-18
• 1.4 項目來源18-19
• 第2章 磁力軸承功放特性分析及數(shù)學模型的建立19-41
• 2.1 磁力軸承功放的性能指標19-23
• 2.1.1 電流響應速度和控制力響應速度19-21
• 2.1.2 輸出電流紋波與系統(tǒng)失真度21-22
• 2.1.3 功放效率與開關(guān)頻率22-23
• 2.2 磁力軸承開關(guān)功放工作原理及組成23-29
• 2.2.1 磁力軸承開關(guān)功放工作原理23-24
• 2.2.2 磁力軸承兩電平開關(guān)功放工作原理及紋波電流計算24-26
• 2.2.3 磁力軸承三電平開關(guān)功放工作原理及紋波電流計算26-29
• 2.3 磁力軸承功放模型的建立與仿真29-40
• 2.3.1 兩電平功放閉環(huán)模型29-31
• 2.3.2 兩電平功放仿真結(jié)果分析31-32
• 2.3.3 三電平功放閉環(huán)模型32-34
• 2.3.4 三電平功放仿真結(jié)果分析34-38
• 2.3.5 兩電平功放與三電平功放仿真結(jié)果對比38-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第3章 磁力軸承數(shù)字開關(guān)功放的設(shè)計41-62
• 3.1 磁力軸承模擬開關(guān)功放與數(shù)字開關(guān)功放41-42
• 3.1.1 傳統(tǒng)的磁力軸承模擬開關(guān)功放41
• 3.1.2 基于DSP的磁力軸承數(shù)字開關(guān)功放41-42
• 3.2 磁力軸承數(shù)字開關(guān)功放硬件電路設(shè)計42-53
• 3.2.1 DSP芯片的選用43-44
• 3.2.2 功率電路器件的選用44-46
• 3.2.3 光耦模塊設(shè)計46-48
• 3.2.4 采樣電路設(shè)計48-49
• 3.2.5 A/D輸入保護電路設(shè)計49-50
• 3.2.6 緩沖電路設(shè)計50-52
• 3.2.7 功放電路實物圖52-53
• 3.3 磁力軸承數(shù)字開關(guān)功放控制流程設(shè)計53-61
• 3.3.1 調(diào)試軟件和仿真工具簡介53-54
• 3.3.2 系統(tǒng)控制流程圖54-55
• 3.3.3 A/D模塊配置55-58
• 3.3.4 ePWM模塊配置58-60
• 3.3.5 PI算法設(shè)計60-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第4章 數(shù)字功放調(diào)試與實驗結(jié)果62-74
• 4.1 測試平臺的搭建62
• 4.2 驅(qū)動波形的測量62-63
• 4.3 PI參數(shù)調(diào)節(jié)63-64
• 4.4 功放輸出特性的測量64-68
• 4.4.1 固定占空比時功放的輸出特性測量64-67
• 4.4.2 功放線性度測試67
• 4.4.3 電流跟蹤效果測量67-68
• 4.4.4 兩電平工作方式驗證68
• 4.5 母線電壓對功放性能的影響68-70
• 4.5.1 母線電壓對電流響應速度的影響68-69
• 4.5.2 母線電壓對紋波電流的影響69-70
• 4.6 功放輸出帶寬的測量70-73
• 4.7 本章小結(jié)73-74
• 第5章 總結(jié)與展望74-75
• 5.1 論文研究總結(jié)74
• 5.2 論文研究展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-80
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文80

【參考文獻】

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本文編號：425839