交流式磁悬浮电主轴数字控制系统研究

• 作 者: 吴俊
• 机 构: 江苏大学
• 出 处: 江苏大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 磁悬浮电主轴 数字控制系统 数学模型 模糊免疫PID控制 解耦理论

磁悬浮电主轴是一种由磁轴承支承的高科技机电一体化产品,由于磁轴承是利用电磁力使转子悬浮的非接触式轴承,具有传统轴承所没有的转速高、功耗低、无磨损、寿命长、便于控制等一系列突出优点,使得磁悬浮电主轴在航空航天、真空技术、涡轮机械及机床等领域具有广泛的应用前景。本课题在国家自然科学基金(50575099)的支持下研究了一种新型交流混合磁轴承支承电主轴系统,建立了该系统的状态方程,并采用状态反馈线性化法对电主轴系统进行动态解耦,对解耦后的子系统设计模糊免疫PID控制器,搭建了五自由度磁悬浮电主轴数字控制试验平台,并进行了相关试验研究。主要研究工作如下:　　
首先,给出了五自由度磁悬浮电主轴的总体结构,在分析二自由度磁轴承和三自由度磁轴承结构与工作原理的基础之上,采用磁路等效原理,分别推导了两种磁轴承的数学模型,最后建立了五自由度磁悬浮电主轴的状态方程。　　
其次,介绍了状态反馈线性化解耦的基本理论,利用该理论对交流式磁悬浮电主轴这一多变量、多耦合系统进行解耦研究,针对解耦后的子系统设计了模糊免疫PID控制器,在Matlab中对本文提出的解耦理论与控制策略进行了仿真试验,并对结果进行了分析。　　
然后,介绍了以DSPTMS320F2812为核心控制器的电主轴数字控制系统,重点阐述了数字控制系统中硬件与软件的设计,其中硬件部分主要有DSP开发板、位移调理电路、电流检测电路、径向功率驱动以及轴向开关功放的电路设计;软件部分主要有DSP2812内部的各个功能模块、CPLD内部的保护模块以及PC机上人机交互界面的程序设计。　　
最后,构建了五自由度磁悬浮电主轴数控试验平台,并以电主轴一端的三自由度混合磁轴承为对象进行典型试验研究,分别给出了径向磁轴承和轴向磁轴承的起浮、扰动等试验波形,分析了试验结果,并给出了五自由度电主轴状态反馈线性化解耦控制的实现方法。