磁悬浮平台的数字式悬浮控制研究

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1、摘要磁悬浮平台由于无摩擦、无磨损、无噪音、无需润滑、寿命长、功耗低等优点越来越受到重视。它是一种涉及到电磁学、机械学、控制理论和计算机科学等众多领域高新技术，同时，磁悬浮平台系统是一个具有强耦合、非线性特性的系统，其承载特性主要取决于平台的结构参数和控制系统的性能。本文的工作是对系统进行综合分析，研究并设计了基于DSP的磁悬浮平台数字控制器，改善并调试了开关功放。主要研究内容为：首先，阐述了磁悬浮技术研究发展现状及意义。以磁悬浮平台为研究对象，进行单自由度差动控制磁浮系统的电磁铁数学模型推导，确定了电磁铁绕线的结构；对磁悬浮平台电磁力和控

2、制电流进行分析，指出对控制电流的调节最少需要比例和微分两个环节，同时为了使系统具有良好的动刚度，可在系统控制环节中增加积分调节，以减小系统的稳态误差，由此最终确定对系统控制电流的调节方式为PID控制。其次，根据磁悬浮平台对数字控制器所提出的要求，完成了核心采用TMS320F2812处理器的硬件设计方案及实现，综合考虑了反馈信号的采集通道，前置信号处理电路，A／D和D／A信号的转换电路，SPI通信电路，并在硬件系统的基础上，进行了对数字控制器的软件设计，完成了对A／D信号采集、位置式PID控制算法、数字滤波及通信部分等模块进行了详细的程序设

3、计。最后，功率放大电路在磁悬浮系统中作为执行环节也是影响系统性能的关键部分，为了减少系统的功率损耗和易于实现，本文选用了一种半桥式PwM型开关功率放大电路。电路的脉宽调制驱动信号在芯片TL494中产生，经隔离一驱动电路后将控制信号输入到半桥结构的逆变电路部分控制开关管的导通情况，从而实现信号的功率放大，将放大后的控制电流输入到电磁线圈中实现对系统悬浮部分的控制。综上所述，本文完成了硬件电路及软件程序的综合设计及各项调试工作，软、硬件按功能划分成不同模块，系统软件采用软件工程设计方法，实现程序结构化，功能模块化。为以后功能的逐步扩展打下了良

4、好的基础。关键词DSP，磁悬浮，数字控制，开关功放ABSTRACTMagneticsuspensionhasbeenpaidmoreandmoreattentionbecauseofitsmanymeritssuchasnomechanicalcontact，nowear,lowpowerloss，noneedoflubricationandlongservicelife,etc．Itwasatypicalmechatrinicsproductandinvolvedelectromagnetic，mechanics，rotordynami

5、cs，controltheoryandcomputerscience．Themagneticplatehasvariouscouplingandnon—linearcharacteristics，itsbearingcharacteristicisdeterminedmainlybyitsconfigurationparameterandcontrolsystem．Therefore，it’SimportanttoanalysisthesystemanddesignrightdigitalcontrolbasedonTMS320F2812

6、andamplificationcircuitastoacquirestablesystemperformance．Firstly,thispapersummarizedthegeneralsituationandthecurrentdevelopmentofthemagneticsuspensiontechnology．Deducedthedifferential--controlmodelofsingle—-degree·-of-freedombasedontheresearchofthetwo-stagemaglevsysteman

7、dthestructureoftheelectromagnetisdetermined；Analysisingthenonlinearrelationshipbetweenthemagneticforceandcontrolcurrentindicatethatproportional—derivativecontrolisneededatleast，Integralcontrolisalsoneededtoreducesteadystateerrorandenablesystemtohavegooddynamicstiffness．Fi

8、nally,PIDcontrolisdeterminedforthesystem，Then，accordingtothecharacteristicofthemagneticsuspensio