主动磁轴承外扰振动的模糊PID控制

发布时间：2017-04-07 13:15

  本文关键词：主动磁轴承外扰振动的模糊PID控制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、寿命长、无污染、高转速和高精度等优点,而回转精度和稳定性为其关键性能指标。因此当存在外部干扰和动态载荷时,如何控制磁悬浮轴承转子稳定于平衡位置具有重要意义。 本文在借鉴国内外磁悬浮轴承技术研究的基础上,建立了磁悬浮轴承的数学模型；设计了参数自整定模糊PID控制器,并进行了仿真研究；在DSP上实现了模糊PID控制算法,并进行了实验验证。本文的主要研究内容和结论如下： (1)建立了四自由度磁悬浮轴承转子实验台的数学模型,分析了解耦条件,实现了四自由度的分散控制。实验表明,在外部干扰较小时,传统PID控制具有较好的控制效果。 (2)采用了参数自整定模糊PID控制器,解决了磁悬浮轴承在外扰和负载下转子振动幅度较大的问题。根据转子在不同的状态,制定了符合实验台转子的模糊规则,设计了模糊PID控制器,实现PID参数根据转子的动态变化在线自调整。并在Matlab/Simulink软件中,针对实际主动磁悬浮轴承转子的起伏、抗干扰和负载等状态进行仿真研究,验证了模糊PID控制方法相比传统PID控制方法具有更好的抗干扰能力和应对动态载荷能力。 (3)在DSP中实现了模糊PID控制算法,并实验验证了控制器性能。验证实验包括转子静态悬浮实验,带负载旋转实验和承受大冲击干扰实验。实验数据分析表明,参数自整定模糊PID控制在稳态性能上比传统PID控制有较大提升,具有更好的抗干扰能力,具备更好的自适应性。 以上研究内容和结论可为磁悬浮轴承系统的工业应用提供参考。
【关键词】：磁悬浮轴承 DSP 参数自整定模糊PID控制 抗干扰
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3;TP273.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 磁悬浮轴承技术综述9-11
• 1.2 磁悬浮轴承技术的应用背景11-13
• 1.3 磁悬浮轴承的发展趋势13-14
• 1.4 磁悬浮轴承控制技术的研究现状14-15
• 1.4.1 磁悬浮控制系统的硬件14
• 1.4.2 磁悬浮数字控制系统的控制策略14-15
• 1.5 论文的主要研究内容15-17
• 2 磁悬浮系统的分析与建模17-29
• 2.1 磁悬浮系统的基本结构17-18
• 2.2 磁悬浮轴承的工作原理18-19
• 2.3 磁悬浮系统转子的数学模型19-25
• 2.3.1 非线性系统线性化19-21
• 2.3.2 四自由度磁悬浮轴承转子的数学模型21-24
• 2.3.3 开环阶跃响应分析及根轨迹分析24-25
• 2.4 基于传统PID控制的单自由度的磁悬浮轴承系统仿真25-28
• 2.4.1 传统PID控制方法25-26
• 2.4.2 传统PID控制方式的仿真结果分析26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 基于DSP2812的磁悬浮轴承数字控制系统29-41
• 3.1 磁悬浮轴承数字控制系统总体设计方案29-30
• 3.2 数字控制器芯片的选型30-32
• 3.2.1 DSP芯片简介及发展30
• 3.2.2 TMS320F2812 DSP与其它控制芯片的性能比较30-31
• 3.2.3 TMS320F2812的特点31
• 3.2.4 TMS320F2812的内部结构及组成31-32
• 3.3 位移传感器32-33
• 3.4 A/D转换器33-36
• 3.5 基于MAX5307的多回路测控系统36-38
• 3.6 磁悬浮轴承转子状态实时监测系统38-39
• 3.7 本章小结39-41
• 4 磁悬浮系统的参数自整定模糊PID控制41-51
• 4.1 模糊控制原理及简介41-43
• 4.2 参数自整定模糊PID控制器结构43-47
• 4.2.1 参数自整定模糊PID控制器原理43
• 4.2.2 参数自整定模糊PID控制器结构选择43-45
• 4.2.3 参数自整定模糊PID控制器模糊规则制定45-47
• 4.3 Matlab/Simulink下建模及仿真47-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 系统调试及实验结果51-63
• 5.1 磁悬浮轴承数字控制系统的开发及调试51-53
• 5.1.1 CCS3.3集成开发环境51-52
• 5.1.2 SEED-XDS510PLUS仿真器52-53
• 5.2 F2812DSP程序设计53-54
• 5.2.1 F2812DSP程序设计特点53
• 5.2.2 F2812DSP浮点运算的实现53
• 5.2.3 TMS320C280X IQmath函数库的使用53-54
• 5.3 磁悬浮轴承系统数字控制器软件实现54-56
• 5.4 控制方法的实现56-58
• 5.4.1 PID控制方法数字化的实现56-57
• 5.4.2 参数自整定模糊PID控制方法的实现57-58
• 5.5 实验结果58-62
• 5.5.1 静态悬浮实验59-60
• 5.5.2 负载实验60-61
• 5.5.3 大冲击干扰实验61-62
• 5.6 本章小结62-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63
• 6.2 对本研究工作的展望63-65
• 参考文献65-68
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：290523