本文關(guān)鍵詞：磁軸承控制平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：主動磁軸承（Active Magnetic Bearing,AMB，以下簡稱磁軸承）是一種結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)械、電子、計算機(jī)工程的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與傳統(tǒng)軸承相比，磁軸承在基本機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上使用傳感器與微處理器進(jìn)行信息的獲取、處理以及反饋，以實(shí)現(xiàn)更好的工作性能。磁軸承具有無需潤滑、無磨擦損耗等特點(diǎn)，在工業(yè)上主要應(yīng)用于真空及超凈室技術(shù)、機(jī)床、透平機(jī)械和離心機(jī)等領(lǐng)域。 控制器是磁軸承系統(tǒng)的核心部分，本文首先調(diào)研分析了各種磁軸承控制器的設(shè)計方法、原理及實(shí)現(xiàn)方式，并使用目前實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的基于單核DSP的控制器進(jìn)行大量磁軸承懸浮測試。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單核DSP控制器在數(shù)據(jù)運(yùn)算方面可以達(dá)到實(shí)時控制的要求，但是由于DSP對外設(shè)管理功能有限，導(dǎo)致控制器在實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和在線調(diào)整參數(shù)方面存在不足。具體地，，控制器在運(yùn)行時不能與上位機(jī)做實(shí)時大數(shù)據(jù)量的傳輸；在對參數(shù)進(jìn)行修改時，也無法實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，只能重新編譯運(yùn)行程序。 針對基于單核DSP控制器的這些不足，文中設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了基于DSP與ARM雙核芯片OMAP-L137的新型磁軸承控制器，OMAP-L137的主要特點(diǎn)是通過DSP/BIOS LINK模塊實(shí)現(xiàn)DSP核與ARM核之間的高效數(shù)據(jù)傳輸。新控制器使用兩片AD7865采集五路傳感器信號，通過DSP核使用特定控制算法（如PID）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用三片AD5344輸出十路功放信號，ARM核負(fù)責(zé)與DSP核或者向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，接受在線參數(shù)命令。 文中設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了不同硬件架構(gòu)的控制器，通過在線測試、比較，確定了最終的版本。新控制器與原控制器相比具有更豐富的數(shù)據(jù)接口以及更強(qiáng)大的功能。在軟件方面，通過分析比較DSP/BIOS LINK組件的各種數(shù)據(jù)傳輸模型，選取適當(dāng)模型以及相關(guān)應(yīng)用程序接口函數(shù)（API），并通過對軟件架構(gòu)及程序的一系列優(yōu)化，發(fā)揮了雙核芯片優(yōu)勢，增強(qiáng)了控制器的整體性能。 通過在實(shí)驗(yàn)室磁懸浮試驗(yàn)平臺上測試，表明應(yīng)用PID控制算法的新控制器可以完成磁軸承五自由度的穩(wěn)定懸浮。在實(shí)驗(yàn)中，以調(diào)整轉(zhuǎn)子的懸浮位置為例，驗(yàn)證控制器在線調(diào)整控制參數(shù)的功能。另外，通過上位機(jī)實(shí)時從控制器獲取轉(zhuǎn)子懸浮位置數(shù)據(jù)，證明控制器可以在不影響實(shí)時控制的情況下實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。
【關(guān)鍵詞】：電磁軸承 OMAP-L137 控制器 PID
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH133.3;TP273
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題背景9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 課題研究內(nèi)容與意義11
• 1.4 論文章節(jié)安排11-13
• 第2章 主動磁軸承系統(tǒng)與 PID 控制理論13-20
• 2.1 磁軸承系統(tǒng)13-17
• 2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理13
• 2.1.2 磁軸承受力分析13-17
• 2.2 PID 控制算法17-19
• 2.2.1 PID 控制算法連續(xù)域表達(dá)式17-18
• 2.2.2 PID 控制算法離散域表達(dá)式18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第3章 磁軸承控制平臺硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)20-46
• 3.1 磁軸承試驗(yàn)平臺概述20-22
• 3.1.1 磁軸承機(jī)械裝置以及轉(zhuǎn)子20-21
• 3.1.2 傳感器以及信號調(diào)理電路21
• 3.1.3 功率放大器21-22
• 3.2 磁軸承控制平臺設(shè)計方案22-24
• 3.2.1 磁軸承控制平臺系統(tǒng)需求22-23
• 3.2.2 微控制器 OMAP-L137 簡介23-24
• 3.2.3 控制器整體設(shè)計方案24
• 3.3 微處理器核心電路以及電源模塊24-28
• 3.3.1 微處理器核心電路24-25
• 3.3.2 電源電路25-27
• 3.3.3 調(diào)試接口與啟動模式選擇開關(guān)27-28
• 3.4 外部存儲模塊28-31
• 3.4.1 內(nèi)存 SDRAM 接口電路28-29
• 3.4.2 FLASH 接口電路29-30
• 3.4.3 CPLD 接口電路30-31
• 3.5 數(shù)據(jù)通訊模塊31-33
• 3.5.1 異步串行接口 UART 電路31-32
• 3.5.2 網(wǎng)絡(luò)接口電路32-33
• 3.6 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊33-37
• 3.6.1 濾波器與反相電路33-34
• 3.6.2 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路34-36
• 3.6.3 數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換電路36-37
• 3.7 同步信號獲取模塊37-38
• 3.8 控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)38-40
• 3.9 之前版本的控制板介紹40-45
• 3.10 本章小結(jié)45-46
• 第4章 磁軸承控制平臺軟件開發(fā)環(huán)境建立46-59
• 4.1 控制平臺軟件開發(fā)環(huán)境概述46-48
• 4.2 DSP 端程序開發(fā)48-54
• 4.2.1 DSP 開發(fā)環(huán)境 CCSv4 簡介48-49
• 4.2.2 GEL 文件編寫與測試49-51
• 4.2.3 內(nèi)存、FLASH 讀寫以及 CPLD 控制信號測試51-52
• 4.2.4 模擬-數(shù)字與數(shù)字-模擬功能測試52-53
• 4.2.5 串口數(shù)據(jù)傳輸測試53-54
• 4.3 ARM 端開發(fā)環(huán)境的創(chuàng)建54-58
• 4.3.1 Linux 開發(fā)環(huán)境概述54-55
• 4.3.2 uBoot 與系統(tǒng)引導(dǎo)程序55-57
• 4.3.3 Linux 內(nèi)核移植57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 磁軸承控制程序?qū)崿F(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果59-75
• 5.1 概述59
• 5.2 基于雙核系統(tǒng)的控制程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)59-72
• 5.2.1 DSP/BIOS 以及 DSP/BIOS LINK 簡介59-60
• 5.2.2 控制程序整體設(shè)計與文件架構(gòu)60-64
• 5.2.3 雙核數(shù)據(jù)傳輸原理與實(shí)現(xiàn)方式64-66
• 5.2.4 GPP 端工作流程66-69
• 5.2.5 DSP 端工作流程69-72
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果72-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第6章 結(jié)論75-77
• 6.1 結(jié)論75
• 6.2 后續(xù)工作展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-79
• 致謝79-81
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果81

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 王健偉;宋執(zhí)環(huán);;基于嵌入式系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線訓(xùn)練平臺實(shí)現(xiàn)[J];傳感器與微系統(tǒng);2010年08期

2 朱懿峰;宋執(zhí)環(huán);;基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量算法的SoC實(shí)現(xiàn)[J];傳感器與微系統(tǒng);2011年10期

3 朱q

本文編號：851577