东华大学硕士学位论文基于DSP磁悬浮轴承控制系统的硬件研究姓名：张红申申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：孙培德20080101基于DSP的磁悬浮轴承控制系统硬件研究摘要磁悬浮轴承通过控制电磁力使转子悬浮起来，从而在定转子之间实现无摩擦、高精度运转。由于具有一系列独特的性能，被称为是支撑技术的一场革命。磁悬浮轴承技术是一门多学科的技术，研究领域涉及到机械学、转子动力学、电磁学、电子学、控制理论和计算机科学等学科。目前，在美国、法国、日本、瑞士等国已获得了工业领域的引用。我国的磁悬浮轴承研究起始于上世纪80年代初，于今已有由20多年的历史，但始终没能实现工业化的生产。因此对磁悬浮轴承系统的研究有重要的意义。本文介绍了磁悬浮轴承的特点以及国内外的发展状况和趋势。在分析了单自由度磁悬浮轴控制原理基础上，重点分析了五自由度磁悬浮轴承的组成及结构：为便于磁悬浮轴承控制的实现，对磁悬浮轴承的电磁力进行了线性化。为实现磁悬浮轴承系统的快速和高精度控制，选用TMS320LF2407为控制系统的主控芯片，采用了集中控制方案：确定了数字控制系统的整体框架；设计了DSP的基本外围电路。在分析比较各种传感器特性的基础上，选择了电涡流传感器作为转子位移的检测元件；分析了电涡流传感器的等效电路、涡流强度和深度、涡流的径向分布、线圈轴上的磁感应强度：设计了传感器的信l号处理电路；对于传感器始终存在的偏置耦合问题，提出了传感器差动测量的方法。电磁铁部分，主要开展了电磁铁的机械设计和电气设计。首先分析了电磁铁所需的导磁材料；为减小电磁铁磁极间的耦合，便于电磁铁加工和实现，对电磁铁的磁极数和布置进行了优化设计；根据系统提出的支撑力指标，易于电磁力的实现和控制，选择了电压差动型绕制方式；选定了径向轴承和推力轴承所需导线线径并计算了线圈的匝数。针对磁悬浮轴承控制系统的特点和要求，本设计中采用开关功率放大器，分析了开关功率放大器的基本特点。在实现支撑所需的电磁力基础上，对开关功率放大器电路进行了优化设计，采用三电平软开关的电路结构，以降低主功率器件的功耗、提高系统的动态响应速度、提高稳态电磁力的平稳性；仿真分析表明可以达到预期的效果；最后还建立了功率放大器的小信号模型，为控制系统的调节器设计提供了依据。关键词：磁悬浮轴承，差动控制，三电平，软开关，小信号模型IIRESEARCHONTHEHARDⅥ後RFOFACTIVEMAGNETICBEARINGSSYSTEMBASEDONDSP...
