文档介绍：武汉理工大学
硕士学位论文
基于嵌入式实时操作系统的磁悬浮轴承控制系统设计
姓名:王永生
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:全书海
20050501
中文摘要磁悬浮轴承利用电磁力将被支承件稳定悬浮在空间,由于其无机械接触、无磨损、无需润滑、寿命长、能耗低、噪声小等传统轴承无法比拟的优点而倍受瞩目。而磁悬浮轴承控制系统是磁悬浮轴承的关键部分,其性能的好坏直接影响到磁悬浮轴承的动态性能和轴承转子的控制精度。本文以五自由度磁悬浮磨削电主轴为研究对象,开展了基于嵌入式实时操作系统的磁悬浮轴承数字控制系统的研究,建立了先进的硬件研究平台,并对传统算法和多模态智能控制进行了研究。主要研究内容如下:分析了五自由度磁悬浮轴承的构成,对各个组成部分及其相互之间的关系做了详细的说明,根据电磁学的基本原理,从单自由度的磁力轴承简化模型推导出其电磁承载力公式,并在此基础上进一步建立了五自由度的磁悬浮轴承控制模根据磁悬浮轴承控制系统的具体要求,构建了先进的硬件控制平台,采用集中式控制,由单一高性能词迪郑⑴湟苑肿榭焖貲?椤⒋谕ㄐ臩模块、可编程逻辑器件等外设,解决了以往采用分散控制的协调控制问题,提高了系统的稳定性、可靠性,简化了系统构成,降低了系统成本。开展了磁悬浮轴承控制系统的控制算法研究。分析了传统连续惴ê驮量式的惴ǎ诖嘶∩希缘プ杂纱判≈岢心P臀;。菔导室G提出了多模态智能控制算法,实现系统的较好控制。完成了基于前后台软件架构的磁悬浮控制系统软件设计;并针对磁悬浮轴承控制系统的复杂性,先从软件编程方法上引入了基于疌的编程思想,随后分析了采用传统前后台软件编程方法的局限性,并提出了采用嵌入式实时操作系统疊词迪挚刂葡低车娜砑芄梗腋隽嘶诖瞬僮飨低车拇判】刂系统的实现过程。磁悬浮轴承多模态智能控制嵌入式实时操作系统疊关键词:型。武汉理工大学硕士学位论文
甌邱,珻琫./琤,晰,,,,.瓼瑃武汉理工大学硕士学位论文瑃也·.—,瑃···,’,,,,瓾,甌瓸疊··..Ⅱ
第滦髀磁悬浮轴承概述随着现代工业的发展,对旋转机械提出了各种越来越苛刻的性能要求。尤其是在军工、航空航天等特殊的领域内,如何实现高转速、高精度、可控性、可靠性和适应各种严酷环境的旋转机械成为研究的焦点,而支承技术则成为制约高性能旋转机械进一步发展的关键因素。磁悬浮轴承的出现则很好的解决了以上难题,从而使高速旋转机械在实际工程中的应用成为可能【俊磁悬浮轴承利用电磁力将被支承件稳定悬浮在空间,使支承件与被支承件之间没有机械接触的一种高性能机电一体化轴承。它与传统的轴承相比具有一系列独特的性能,国内外把磁力轴承的出现视为支承技术的一场革命。磁悬浮轴承系统按工作原理可分为三类:主动磁力轴承、混合磁力轴承。主动磁力轴承具有转子位置、轴承刚度和阻尼可由控制系统确定等优点,所以在工业实际应用中,应用最为广泛。磁悬浮轴承已经不再是传统意义上的单个零件,而是一个复杂的机电耦合系统,它主要由转予、电磁铁、传感器、控制器和功率放大器等组成,其结构如图卜尽、被动磁力轴承图鞫判≈岢性硗武汉理工大学硕士学位论文
国内外研究现状·轴承无需润滑:由于不存在润滑剂对环境所造成的污染问题,在真空、辐系统动力学研究的深入,磁悬浮技术得到了飞速发展,取得了令人瞩目的成绩。其工作原理是:位置传感器检测出轴承转子偏离参考点的位移,控制器对传感器检测到的位置偏差信号进行控制运算,然后将运算结果经数模转换后,再经光电隔离送到功率放大器,通过控制磁铁线圈电流来控制磁力,从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚度、阻尼以及稳定性由控制规律决定。主动磁悬浮轴承具有传统轴承无法比拟的优越性能:·容许转子达到很高的转速:一般说来,在相同轴颈直径下,·转子与定子之间可实现无摩擦的相对运动,不存在由磨损和接触疲劳所带来的寿命问题;射和禁止润滑介质污染的场合,有着无可比拟的优势;·适应运行环境能力强:可以在极端高温或极端低温环境下运行:·轴承工作可控性好:轴承的动力学参数绺斩取⒆枘岬可以通过调节控制器参数方便地进行调节,可以从控制系统直接获得运行信息,便于实现运行状态的监测。由于磁悬浮轴承具有以上优点,所以特别适合于高速、真空、超洁净等特殊环境。在航空航天、超高速超精密加工机床、能源、交通及机器人等高科技领域具有广泛的应用前景【俊国外对磁悬浮轴承研究起步比较早,英国物理学家瓻钤缬年提出了磁悬浮的概念【辏鹿薑昵肓艘幌钣泄刂鞫判浮支承的专利,并指出了开展磁悬浮技术研究的主导思想:只有采用可控电磁铁才能根据物体的悬浮状态不断地调节磁场力的大小和方向【俊T谕皇逼冢拦大学的虷捎玫绱判〖际跣⌒「智颍⑼ü智蚋速旋转时所能承受的离心力来测定试验材料的强