磁悬浮平台的数字式悬浮控制研究.pdf

中南大学
硕士学位论文
磁悬浮平台的数字式悬浮控制研究
姓名:戴利明
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:段吉安;廖平
20090101
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,研究并设计了基于拇判∑教ㄊ挚刂破鳎纳撇⒌魇粤丝9毓放。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,完成了核心采用砥鞯挠布杓品桨讣笆迪郑酆峡悸橇朔蠢⌒号的采集通道,前置信号处理电路,疍和疉信号的转换电路,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,完成了对疍信号采集、位置式刂扑惴ā⑹致瞬ḿ巴ㄐ挪糠等模块进行了详细的程序设计。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涂9毓β史糯蟮缏贰5缏返穆隹淼髦魄藕旁谛片胁衾胍磺缏泛蠼ǹ刂菩藕攀淙氲桨肭沤峁沟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好的基础。关键词判。挚刂疲9毓Ψ
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导师签名——日期:——年一月一日作者签名:——学位论文版权使用授权书原创性声明本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名:本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。
第一章绪论磁悬浮技术研究背景磁悬浮技术将电力电子技术、自动控制技术、传感器技术、检测技术、微机等高新技术有机地结合在一起,成为典型的机电一体化技术в稹K玫绱帕将物体无机械接触地悬浮起来,以满足生产工艺和科学技术向高速、精密化方向制造业不仅对加工设备性能如定位的精度和速度提出了越来越高的要求,而且对机、全自动金丝球焊机和芯片设备如光刻机中,往往需要快速而十分精确的了机构的直接驱动,亦即人们常说的零传动,具有传统定位工作台无法比拟的优发展的需要,并提高振动控制水平。近年来,磁悬浮技术由宇航、军事等领域的应用开始向一般工业应用方面发展口现代制造技术正朝着高速化、精密化和模块化方向发展,信息等高新技术生产制作环境同样提出了越来越严格的要求福绻獾缱悠骷氲继逍酒微电子产品均要求在超洁净环境下完成加工制作。在微电子封装设备如共晶粘片定位和非常精细的运动,因此需要高性能的超精密工作台作为其技术支持∞儿长期以来,这类工作台多数都采用旋转伺服电机驱动和精密滚珠丝杠传动的传统方案。由于从电机到移动工作台之间存在联轴节、丝杠、螺母、轴承等诸多中间环节,不仅加大了定位机构的惯性质量,影响了响应频率;而且由于中间环节产生的弹性变形、摩擦、联结间隙以及反向间隙等,会造成定位进给运动的滞后和非线性误差,降低定位精度隅A硗猓扛苁窍赋じ耍诹腿鹊淖饔孟拢岵生变形,影响加工精度。为克服以上缺点,提高定位速度和精度,世纪年代以后,运用直线电机驱动的定位工作平台出现在精密数控机床和加工中心上。直线电机的应用取消了源动力和工作台部件之间的所有中间传动联结环节,实现点。但其可提供的推力小、要求移动部件质量轻微。此特点正适合于微电子、等制造业设备,近年来在该领域得到极为迅速的推广应