發(fā)布時(shí)間：2020-06-04 01:36

【摘要】：主動磁力軸承(AMB,以下簡稱磁力軸承)是一種新穎的支承部件,具有無摩擦、無磨損、無需潤滑及壽命長等一系列傳統(tǒng)滾動軸承和滑動軸承所無法比擬的優(yōu)點(diǎn),受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注,也因此成為軸承行業(yè)的研究熱點(diǎn)。磁力軸承必須在控制系統(tǒng)的協(xié)助下才能正常工作,控制器性能的好壞直接影響到控制的動態(tài)性能和控制精度。 在磁力軸承系統(tǒng)的研究中,控制器的設(shè)計(jì)是其中至關(guān)重要的一環(huán)。目前,磁力軸承的控制器設(shè)計(jì)通常是在平衡點(diǎn)附近將軸承模型進(jìn)行線性化,然后按照線性理論設(shè)計(jì)PID控制器。但是,由于磁力軸承具有本質(zhì)不穩(wěn)定性、非線性和參數(shù)不確定性,常規(guī)的線性控制器往往不能達(dá)到控制要求,同時(shí),來自負(fù)載的未知擾動也會影響系統(tǒng)性能,最終導(dǎo)致傳統(tǒng)PID控制器很難取得理想的控制效果,甚至控制失敗。 文章介紹了單自由度磁力軸承的工作原理,推導(dǎo)了差動激磁磁力軸承的力學(xué)模型,建立了轉(zhuǎn)子的運(yùn)動方程。在MATLAB仿真環(huán)境下進(jìn)行了PID控制仿真,仿真結(jié)果表明PID控制僅適用于平衡點(diǎn)附近的控制。針對磁力軸承的非線性特性,采用模糊控制可以擴(kuò)大轉(zhuǎn)子的起浮范圍。本文在模糊控制的基礎(chǔ)上研究了模糊PID控制即參數(shù)自調(diào)整Fuzzy-PID控制和Fuzzy-PID雙�？刂�,仿真表明,模糊PID控制能改善轉(zhuǎn)子起浮的動態(tài)性能。 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高度非線性映射能力,本文設(shè)計(jì)了磁力軸承的單神經(jīng)元模糊PID控制器:當(dāng)系統(tǒng)偏差較大時(shí),模糊控制器起主要的調(diào)節(jié)作用,以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能;當(dāng)系統(tǒng)偏差較小時(shí),單神經(jīng)元PID控制器和模糊控制器同時(shí)起作用。仿真表明控制器克服了模糊控制存在穩(wěn)態(tài)偏差的不足,保證了控制系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)態(tài)特性,并增強(qiáng)了系統(tǒng)抗負(fù)載擾動的能力。隨后討論了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器,并與基本模糊控制器相結(jié)合構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器,仿真表明該控制器能取得比傳統(tǒng)PID控制器更好的控制效果。 根據(jù)磁力軸承的控制系統(tǒng)模型,介紹了磁力軸承數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)(控制器、功率放大器、位移傳感器、濾波器、A/D、D/A)和控制算法流程,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
【圖文】：

2.3.1磁力軸承控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖前己述及，主動磁力軸承是開環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)，必須加以閉環(huán)控制使其穩(wěn)定工作。一個(gè)典型的單自由度磁力軸承控制系統(tǒng)組成如圖2一3所示[’s】:圖2一3單白由度閉環(huán)系統(tǒng)控制信號簡圖

作為功率放大器的電流給定信號，產(chǎn)生相應(yīng)的控制電流，驅(qū)動電磁鐵線圈。本系統(tǒng)中DA/轉(zhuǎn)換芯片采用的是MAXIM公司生產(chǎn)的Mx7545。其DA轉(zhuǎn)換電路連接圖如圖5一8所示。圖5一SDA/轉(zhuǎn)換電路連接圖Mx7545為并行加載的12位精度DAC芯片，只需要提供片選控制信號CS以及寫入有效信號麗，即可以完成對Mx7545的數(shù)據(jù)寫入操作。DA/按工作原理分類主要有倒T型網(wǎng)絡(luò)DA/轉(zhuǎn)換器和權(quán)電流型DA/轉(zhuǎn)換器。Mx7545屬于倒T網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器。為了防止模擬電路與數(shù)字電路之間的相互干擾，，DSP的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)光電隔離后6N137再進(jìn)行相應(yīng)的連接。光電隔離芯片采用的是美國德州儀器公司生產(chǎn)的6N137，該器件由砷化嫁發(fā)光二極管和單片光敏集成檢測電路組成，隔離電壓高，速度快，共模抑制比高。在本系統(tǒng)中，DA/轉(zhuǎn)換器的輸入對應(yīng)差動激磁方式下的控制電流Xi，為此，DA/轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量有正也有負(fù)。這就要求D/A轉(zhuǎn)換電路能將不同極性的數(shù)字量對應(yīng)轉(zhuǎn)換為正、負(fù)模擬電壓
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP273.4;TH133.3

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2695686