基于DSP的高性能磁懸浮軸承數(shù)字控制器研制
發(fā)布時間：2024-07-02 19:43
本文以TMS320F2812 DSP芯片為核心,設計了五自由度主動磁懸浮軸承的數(shù)字控制器,并編寫了相應的控制程序�？刂破鞯妮斎胂到y(tǒng)采用外置16位A/D芯片,相比DSP內(nèi)部A/D模塊和本課題組以往的A/D采集系統(tǒng),提高了4位采樣精度。該A/D芯片可以同時對6路模擬信號進行采樣和轉(zhuǎn)換,為集中控制等需要同時采樣多路信號的高級算法提供了硬件平臺。本文首次將動態(tài)增益可調(diào)技術應用在磁懸浮軸承控制器中,在位移信號波動范圍小于10%的A/D采樣范圍時,將位移信號放大到原來的8倍,充分利用了A/D芯片的采樣范圍,提高了整個系統(tǒng)的采集精度。控制器輸出系統(tǒng)中的D/A轉(zhuǎn)換也應用了相似的原理,提高了輸出信號的品質(zhì)。 在利用現(xiàn)有傳感器輸出信號的情況下,控制器實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速測量與顯示的功能。先將位移信號轉(zhuǎn)換為同頻方波信號,再利用DSP芯片的捕獲單元對其捕獲,實現(xiàn)了精度為1rpm的轉(zhuǎn)速測量,顯示的精度為1Hz(60rpm)。文中在此基礎上采用了分段控制算法,該算法將測得的轉(zhuǎn)速反饋給控制程序,程序根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速調(diào)整控制參數(shù),使系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速范圍都能盡量達到最優(yōu)控制,解決了以往固定的控制參數(shù)不能適應所有轉(zhuǎn)速段的問題。 本文在...
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 磁懸浮軸承技術的特點及研究現(xiàn)狀
1.1.1 磁懸浮軸承技術的特點
1.1.2 磁懸浮軸承技術的研究現(xiàn)狀
1.2 磁懸浮軸承控制器的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3 課題的主要工作及意義
1.4 論文內(nèi)容安排
第二章 磁軸承的工作原理及數(shù)學模型研究
2.1 磁懸浮軸承的結(jié)構與工作原理
2.2 系統(tǒng)的數(shù)學模型研究
2.2.1 單自由度轉(zhuǎn)子的數(shù)學模型
2.2.2 五自由度轉(zhuǎn)子的數(shù)學模型
2.3 本章小結(jié)
第三章 數(shù)字控制器硬件系統(tǒng)研制
3.1 數(shù)字控制器總體設計方案
3.2 DSP 系統(tǒng)的設計
3.2.1 DSP 的選取原則
3.2.2 控制器的CPU——TM5320F2812
3.2.3 DSP 相關電路設計
3.3 信號輸入系統(tǒng)的設計
3.3.1 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇
3.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換及其外圍電路設計
3.3.3 抗混疊低通濾波器的設計
3.3.4 輸入電壓限幅電路
3.4 信號輸出系統(tǒng)的設計
3.4.1 譯碼器取代CPLD
3.4.2 D/A 轉(zhuǎn)換芯片的選擇與電路設計
3.5 電源和地的設計
3.5.1 DSP 供電時序的設計
3.5.2 電路板中電源和地的設計
3.6 芯片測試電路板的設計與制作
3.7 增益調(diào)節(jié)思想及其硬件實現(xiàn)
3.7.1 增益調(diào)節(jié)原理說明
3.7.2 增益調(diào)節(jié)的硬件實現(xiàn)
3.8 轉(zhuǎn)速測量與顯示模塊設計
3.8.1 轉(zhuǎn)速測量模塊設計
3.8.2 轉(zhuǎn)速顯示模塊設計
3.9 電路板整體布局設計與布線
3.10 與原有基于F2812 控制器的硬件對比
3.11 本章小結(jié)
第四章 數(shù)字控制器軟件系統(tǒng)設計
4.1 數(shù)字控制器軟件總體方案設計
4.2 控制算法及軟件實現(xiàn)
4.2.1 超前校正不完全微分PID 控制算法
4.2.2 控制算法離散化及軟件實現(xiàn)
4.2.3 PID 程序的驗證
4.3 增益調(diào)節(jié)模塊的軟件設計
4.3.1 多次預采樣法調(diào)節(jié)增益
4.3.2 根據(jù)預采樣值計算調(diào)節(jié)增益
4.4 轉(zhuǎn)速測量顯示模塊的軟件設計
4.5 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)調(diào)試與試驗結(jié)果
5.1 輸入輸出系統(tǒng)的調(diào)試
5.1.1 輸出系統(tǒng)的調(diào)試
5.1.2 輸入系統(tǒng)的調(diào)試
5.2 增益調(diào)節(jié)模塊的調(diào)試
5.3 轉(zhuǎn)速測量與顯示模塊的調(diào)試
5.3.1 轉(zhuǎn)速顯示測試
5.3.2 不同轉(zhuǎn)速段切換測試
5.4 控制系統(tǒng)綜合調(diào)試
5.4.1 控制參數(shù)的整定
5.4.2 靜態(tài)懸浮試驗
5.4.3 高速運轉(zhuǎn)試驗
5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
6.1 論文工作總結(jié)
6.2 對進一步工作的展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文
本文編號：3999915
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 磁懸浮軸承技術的特點及研究現(xiàn)狀
1.1.1 磁懸浮軸承技術的特點
1.1.2 磁懸浮軸承技術的研究現(xiàn)狀
1.2 磁懸浮軸承控制器的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3 課題的主要工作及意義
1.4 論文內(nèi)容安排
第二章 磁軸承的工作原理及數(shù)學模型研究
2.1 磁懸浮軸承的結(jié)構與工作原理
2.2 系統(tǒng)的數(shù)學模型研究
2.2.1 單自由度轉(zhuǎn)子的數(shù)學模型
2.2.2 五自由度轉(zhuǎn)子的數(shù)學模型
2.3 本章小結(jié)
第三章 數(shù)字控制器硬件系統(tǒng)研制
3.1 數(shù)字控制器總體設計方案
3.2 DSP 系統(tǒng)的設計
3.2.1 DSP 的選取原則
3.2.2 控制器的CPU——TM5320F2812
3.2.3 DSP 相關電路設計
3.3 信號輸入系統(tǒng)的設計
3.3.1 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇
3.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換及其外圍電路設計
3.3.3 抗混疊低通濾波器的設計
3.3.4 輸入電壓限幅電路
3.4 信號輸出系統(tǒng)的設計
3.4.1 譯碼器取代CPLD
3.4.2 D/A 轉(zhuǎn)換芯片的選擇與電路設計
3.5 電源和地的設計
3.5.1 DSP 供電時序的設計
3.5.2 電路板中電源和地的設計
3.6 芯片測試電路板的設計與制作
3.7 增益調(diào)節(jié)思想及其硬件實現(xiàn)
3.7.1 增益調(diào)節(jié)原理說明
3.7.2 增益調(diào)節(jié)的硬件實現(xiàn)
3.8 轉(zhuǎn)速測量與顯示模塊設計
3.8.1 轉(zhuǎn)速測量模塊設計
3.8.2 轉(zhuǎn)速顯示模塊設計
3.9 電路板整體布局設計與布線
3.10 與原有基于F2812 控制器的硬件對比
3.11 本章小結(jié)
第四章 數(shù)字控制器軟件系統(tǒng)設計
4.1 數(shù)字控制器軟件總體方案設計
4.2 控制算法及軟件實現(xiàn)
4.2.1 超前校正不完全微分PID 控制算法
4.2.2 控制算法離散化及軟件實現(xiàn)
4.2.3 PID 程序的驗證
4.3 增益調(diào)節(jié)模塊的軟件設計
4.3.1 多次預采樣法調(diào)節(jié)增益
4.3.2 根據(jù)預采樣值計算調(diào)節(jié)增益
4.4 轉(zhuǎn)速測量顯示模塊的軟件設計
4.5 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)調(diào)試與試驗結(jié)果
5.1 輸入輸出系統(tǒng)的調(diào)試
5.1.1 輸出系統(tǒng)的調(diào)試
5.1.2 輸入系統(tǒng)的調(diào)試
5.2 增益調(diào)節(jié)模塊的調(diào)試
5.3 轉(zhuǎn)速測量與顯示模塊的調(diào)試
5.3.1 轉(zhuǎn)速顯示測試
5.3.2 不同轉(zhuǎn)速段切換測試
5.4 控制系統(tǒng)綜合調(diào)試
5.4.1 控制參數(shù)的整定
5.4.2 靜態(tài)懸浮試驗
5.4.3 高速運轉(zhuǎn)試驗
5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
6.1 論文工作總結(jié)
6.2 對進一步工作的展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文
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