磁悬浮轴承电控系统的研究与设计

发布时间：2017-04-29 11:01

  本文关键词：磁悬浮轴承电控系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁悬浮轴承是利用电磁力实现非接触式支撑的一种新型的高性能轴承,在工业领域有着广泛的应用前景。目前国外研究比较领先,已有工业产品应用,而国内的研究大多还处于实验室阶段。 磁悬浮轴承由机械和电气控制系统(简称电控系统)两大部分组成,而电控系统更为关键。本文根据工程应用需要,以轴向磁悬浮轴承为应用研究对象,重点研究设计磁悬浮轴承的电控系统,主导思想是设计出响应迅速、控制性能优良、经济实用的电控系统。 本文主要工作和成果体现在： 1、对电涡流传感器位移检测电路进行了优化设计,重点研究提高位移检测灵敏度及稳定性问题。为此在激励信号源、放大处理电路等多方面研究采取了有效措施,实验表明,可获得15mV/μm以上的位移检测灵敏度,完全能满足磁悬浮轴承位移检测的要求； 2、对磁悬浮轴承功率放大器进行了分析研究,设计了基于脉宽调制原理的功率放大器,其具有电路结构简单、易于实现、易于控制、性能优良且经济的特点； 3、研究设计了基于PID控制策略的、完全由模拟电路构成的PID控制器,重点分析了P、I、D参数对控制系统的影响,并采用经验法进行参数整定。实验表明,该控制器能满足快速响应、准确控制的要求。 论文构建了完整的轴向磁悬浮轴承系统,对研究设计的控制系统性能进行了实验测试。实验结果表明,控制系统能够很好的控制推力盘实现稳定悬浮,而且有很好的位置控制精度以及较大的动刚度。本文的研究工作为开展多自由度磁悬浮轴承的研究提供了有用参考,有重要的实用价值。
【关键词】：磁悬浮轴承 电控系统 电涡流位移传感器 功率放大器 PID控制器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.2 电控系统国内外研究概况9-11
• 1.2.1 国外研究现状及趋势9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 本文主要工作内容11
• 1.4 本章小结11-12
• 2 磁悬浮轴承电控系统的总体设计12-20
• 2.1 磁悬浮轴承简介12-13
• 2.2 磁悬浮轴承电控系统组成及工作流程13-14
• 2.3 位移检测要求及位移传感器选择14-16
• 2.4 功放的要求及选择16-17
• 2.5 控制器的要求及控制算法的选择17-19
• 2.6 本章小结19-20
• 3 电涡流传感器位移检测电路设计20-38
• 3.1 电涡流传感器工作原理20-21
• 3.1.1 电涡流效应20-21
• 3.1.2 位移检测电路原理21
• 3.2 位移检测电路关键参数分析21-24
• 3.2.1 匹配电阻的选择21-24
• 3.2.2 匹配电容的选择24
• 3.3 电涡流传感器位移检测电路设计24-32
• 3.3.1 传感器探头特性24-26
• 3.3.2 硬件组成部分26-27
• 3.3.3 激励信号发生电路27-29
• 3.3.4 调幅电路29-30
• 3.3.5 信号调理电路设计30-32
• 3.4 漂移的解决方法32-33
• 3.5 电涡流传感器的抗干扰设计33-34
• 3.6 电涡流传感器的标定及性能测试34-37
• 3.6.1 传感器的标定34-35
• 3.6.2 传感器性能测试35-37
• 3.7 本章小结37-38
• 4 功率放大器及控制器的设计38-58
• 4.1 功放的组成及工作流程38
• 4.2 功放的性能参数38-40
• 4.3 功放电路设计40-46
• 4.3.1 脉宽调制器的设计40-42
• 4.3.2 换能电路的设计42-45
• 4.3.3 隔离驱动电路的设计45-46
• 4.4 磁悬浮轴承控制器设计理论基础46-50
• 4.4.1 PID控制算法简述46-48
• 4.4.2 磁悬浮轴承系统数学模型48-49
• 4.4.3 控制系统数学分析49-50
• 4.5 控制器的设计50-54
• 4.5.1 控制系统实现架构50-51
• 4.5.2 控制器电路设计51-53
• 4.5.3 PID控制器的改进53-54
• 4.6 PID参数的整定54-57
• 4.6.1 PID控制器参数整定方法54-55
• 4.6.2 PID控制器参数的实验整定55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 5 磁悬浮轴承系统性能测试及分析58-62
• 5.1 空载悬浮实验59
• 5.2 加载悬浮测试59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 6 总结62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录 A67-68
• 附录 B68

【参考文献】

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本文编号：334716