磁浮主轴数字控制系统的研究
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摘要
本文主要是对磁浮主轴数字控制系统的研究。论文主要研究了自校正PID控制对单自由度磁浮主轴单元(AMB)的控制作用，同时进行了基于DSP的AMB数字控制实验：
首先，本文简要的介绍了磁浮主轴单元的工作原理，对电磁力进行了分析和计算，建立了系统的差分方程描述。
其次，论文对自校正PID控制应用于磁浮轴承系统进行了仿真研究。采用递推最小二乘估计法估计系统参数，依据估计出的系统参数设计PID控制器参数。论文简单的分析了系统参数变化和扰动对自校正PID控制系统性能的影响，并对常规的PID控制和自校正PID控制进行了比较。
再次，论文进行了磁浮主轴系统的基于DSP的数字控制的实验。详细的设计了整个控制系统的硬件和软件系统，搭建并调试了整个控制系统的硬件电路。在软件设计方面解决了如何在定点DSP芯片上实现数字控制算法的问题。论文在该系统上实现了常规数字PID控制，对单自由度电磁轴承进行了起浮实验并简单的分析了系统的动态特性。
最后，设计了基于DSP的磁浮轴承系统的自校正PID控制系统。
In this paper,the digital control system of Active Megnectic Bearing(AMB) is researched.The self-tuning PID cntrol simulation of a high-speed grinder spindle uint suspended by AMB and the digital PID control experiment based on the digital siganal processor(DSP) are conducted.
Firstly the principle of the magnetic bearing is introduced briefly and the magnetic force is analysed and computed and the difference equation of AMB is established
Secondly,the self-tuning PID cntrol simulation of AMB is performed.In the self-tuning PID control simulation^ recursive least-square estimation algorithm is used to estimate the system parameters on which the controler parameters are designed.If the parameters of the system is changed,the controller can tune by itself accordingly. The influence of disturbance and the change of the system parameters is analysed and the comparison between the self-tuning PID control and the conventional PID control is done.
Thirdly the digital PID control experiment based on the DSP is conducted in the paper.The hardware and the software of the control system is designed.The problem how to perform the float-point operation on a pointing device is solved.During the experiment,the digital PID control algorithm is used by which the AMB is suspended successfully and the dynamic. Characteristics is analysed.
At last the self-tuning PID control system based on DSP is designed.
首先，本文简要的介绍了磁浮主轴单元的工作原理，对电磁力进行了分析和计算，建立了系统的差分方程描述。
其次，论文对自校正PID控制应用于磁浮轴承系统进行了仿真研究。采用递推最小二乘估计法估计系统参数，依据估计出的系统参数设计PID控制器参数。论文简单的分析了系统参数变化和扰动对自校正PID控制系统性能的影响，并对常规的PID控制和自校正PID控制进行了比较。
再次，论文进行了磁浮主轴系统的基于DSP的数字控制的实验。详细的设计了整个控制系统的硬件和软件系统，搭建并调试了整个控制系统的硬件电路。在软件设计方面解决了如何在定点DSP芯片上实现数字控制算法的问题。论文在该系统上实现了常规数字PID控制，对单自由度电磁轴承进行了起浮实验并简单的分析了系统的动态特性。
最后，设计了基于DSP的磁浮轴承系统的自校正PID控制系统。
In this paper,the digital control system of Active Megnectic Bearing(AMB) is researched.The self-tuning PID cntrol simulation of a high-speed grinder spindle uint suspended by AMB and the digital PID control experiment based on the digital siganal processor(DSP) are conducted.
Firstly the principle of the magnetic bearing is introduced briefly and the magnetic force is analysed and computed and the difference equation of AMB is established
Secondly,the self-tuning PID cntrol simulation of AMB is performed.In the self-tuning PID control simulation^ recursive least-square estimation algorithm is used to estimate the system parameters on which the controler parameters are designed.If the parameters of the system is changed,the controller can tune by itself accordingly. The influence of disturbance and the change of the system parameters is analysed and the comparison between the self-tuning PID control and the conventional PID control is done.
Thirdly the digital PID control experiment based on the DSP is conducted in the paper.The hardware and the software of the control system is designed.The problem how to perform the float-point operation on a pointing device is solved.During the experiment,the digital PID control algorithm is used by which the AMB is suspended successfully and the dynamic. Characteristics is analysed.
At last the self-tuning PID control system based on DSP is designed.
引文
[1]G.施韦策，H.布鲁勒，A.特拉克斯勒著。虞烈，袁崇军译。谢友柏校。主动磁轴承基础，性能及应用．新时代出版社
[2]刘迎澎，黄田。磁悬浮轴承研究综述．机械工程学报，2000．11
[3]施阳，周凯。主动磁悬浮轴承控制技术综述．机械科学与技术，1998．7第17卷第4期
[4]何文雪。磁浮转子的单片机控制．西安理工大学硕士学位论文
[5]何克忠，李伟。计算机控制系统．清华大学出版社
[6]王永初，任秀珍。现代控制工程的数学基础．化学工业出版社
[7]吴广玉。系统辨识与自适应控制．哈尔滨工业大学出版社
[8]李清泉。自适应控制系统理论，设计与应用．科学出版社
[9]韩曾晋。自适应控制．清华大学出版社
[10]刘明俊。数字控制系统原理—分析与设计．国防科技大学出版社
[11]李人厚，张平安。精通MATLAB.西安交通大学出版社
[12]高等学校教学用书。系统辨识与参数估计．冶金工业出版社
[13]庞国仲。自动控制原理．中国科学技术大学出版社
[14]程卫国，冯峰，王雪梅，刘艺。MATLAB5.3精要编程及高级应用．机械工业出版社
[15]张永怀。基于DSP的磁浮轴承的研究．西安理工大学硕士学位论文
[16]张雄伟，曹铁勇。DSP芯片的原理与开发应用(第二版)．电子工业出版社
[17]林志强。磁浮轴承控制的研究．西安理工大学硕士学位论文
[18]薛钧义，张彦斌。MCS51系列单片微型计算机及其应用．西安交通大学出版社
[19]杨振江。A/D、D/A转换器接口技术与实用电路．西安电子科技大学出版社
[20]梁恩主，梁恩维。Protel99 SE电路设计与仿真应用．清华大学出版社
[21]薛定宇。控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用．清华大学出版社
[22]刘小河，崔杜武，周京华。电弧炉电极调节系统的自校正控制．西安理工大学学报，第17卷．2001．3
[23]袁崇军，谢友柏，汪希平，曹洁。电磁轴承的主动控制研究．机械科学与技术，1995年第5期
[24]K.J.奥斯特隆姆，B.威顿马克。自适应控制．科学出版社
[25]张晋格。计算机控制原理与应用．电子工业出版社
[26]白同云，吕晓德。电磁兼容设计．北京邮电大学出版社
[27]P. Wurmsdobler, H.P.J o rgl H.Springer。State Space Adaptive Control For a Rigid Rotor Suspended in Active Magnetic Bearing. Fifth International Symposium on Magnetic Bearing
[28]P. B(?)hler, R. Siegwart, R. Herzog。Digital Control for Low Cost Industrial AMB applications. Fifth International Symposium on Magnetic Bearing
[29]F.B.Zhou, R. Gerber, S. Whitley。Control of an Acitve Magnetic Bearing System Using the Transputer. Fifth Intemational Symposium on Magnetic Bearing
[30]TEXAS INSTRUMENTS。TMS320C54X DSP Reference Set. Volume 1:CPU and Peripherals
[31]TEXAS INSTRUMENTS。TMS320C54X DSP Reference Set. Volume 3:Algebraic Instruction Set
[32]TEXAS INSTRUMENTS。TMS320C54X DSKplus. DSP Starter Kit
[2]刘迎澎，黄田。磁悬浮轴承研究综述．机械工程学报，2000．11
[3]施阳，周凯。主动磁悬浮轴承控制技术综述．机械科学与技术，1998．7第17卷第4期
[4]何文雪。磁浮转子的单片机控制．西安理工大学硕士学位论文
[5]何克忠，李伟。计算机控制系统．清华大学出版社
[6]王永初，任秀珍。现代控制工程的数学基础．化学工业出版社
[7]吴广玉。系统辨识与自适应控制．哈尔滨工业大学出版社
[8]李清泉。自适应控制系统理论，设计与应用．科学出版社
[9]韩曾晋。自适应控制．清华大学出版社
[10]刘明俊。数字控制系统原理—分析与设计．国防科技大学出版社
[11]李人厚，张平安。精通MATLAB.西安交通大学出版社
[12]高等学校教学用书。系统辨识与参数估计．冶金工业出版社
[13]庞国仲。自动控制原理．中国科学技术大学出版社
[14]程卫国，冯峰，王雪梅，刘艺。MATLAB5.3精要编程及高级应用．机械工业出版社
[15]张永怀。基于DSP的磁浮轴承的研究．西安理工大学硕士学位论文
[16]张雄伟，曹铁勇。DSP芯片的原理与开发应用(第二版)．电子工业出版社
[17]林志强。磁浮轴承控制的研究．西安理工大学硕士学位论文
[18]薛钧义，张彦斌。MCS51系列单片微型计算机及其应用．西安交通大学出版社
[19]杨振江。A/D、D/A转换器接口技术与实用电路．西安电子科技大学出版社
[20]梁恩主，梁恩维。Protel99 SE电路设计与仿真应用．清华大学出版社
[21]薛定宇。控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用．清华大学出版社
[22]刘小河，崔杜武，周京华。电弧炉电极调节系统的自校正控制．西安理工大学学报，第17卷．2001．3
[23]袁崇军，谢友柏，汪希平，曹洁。电磁轴承的主动控制研究．机械科学与技术，1995年第5期
[24]K.J.奥斯特隆姆，B.威顿马克。自适应控制．科学出版社
[25]张晋格。计算机控制原理与应用．电子工业出版社
[26]白同云，吕晓德。电磁兼容设计．北京邮电大学出版社
[27]P. Wurmsdobler, H.P.J o rgl H.Springer。State Space Adaptive Control For a Rigid Rotor Suspended in Active Magnetic Bearing. Fifth International Symposium on Magnetic Bearing
[28]P. B(?)hler, R. Siegwart, R. Herzog。Digital Control for Low Cost Industrial AMB applications. Fifth International Symposium on Magnetic Bearing
[29]F.B.Zhou, R. Gerber, S. Whitley。Control of an Acitve Magnetic Bearing System Using the Transputer. Fifth Intemational Symposium on Magnetic Bearing
[30]TEXAS INSTRUMENTS。TMS320C54X DSP Reference Set. Volume 1:CPU and Peripherals
[31]TEXAS INSTRUMENTS。TMS320C54X DSP Reference Set. Volume 3:Algebraic Instruction Set
[32]TEXAS INSTRUMENTS。TMS320C54X DSKplus. DSP Starter Kit