磁悬浮轴承数字功率放大器的研究

论文摘要

本文的主要工作是围绕磁悬浮轴承数字功率放大器展开的。首先研究分析了功率放大器各个部分的工作原理,建立了针对磁悬浮轴承的功率放大器系统的数学模型。对比分析了数字功率放大器和模拟功率放大器的优缺点,研究讨论了DSP产生PWM脉宽调制波的工作原理以及实现方法,给出了应用DSP对功率放大器产生三电平控制策略的三种方法,应用Matlab软件的仿真工具Simulink对三种基于DSP实现的三电平控制策略进行了系统仿真,充分对比分析了它们的优缺点,对软件编程起到了很好的指导意义。针对功率放大器系统设计了防积分饱和PI控制器数学模型,在CCS软件开发编写调试环境基础之上,运用DSP汇编语言完成了整个系统的软件编写。研究设计了数字功率放大器的硬件电路,分析了硬件电路的注意事项,给出了为了配合DSP使用的逻辑数字移相电路的设计方法,并通过试验证明了它的可行性。最后,通过试验分析对比了数字功率放大器和模拟功率放大器,具体分析了数字功率放大器的各种特性。在软件程序和硬件电路的基础之上,对实验室磁悬浮轴承试验台进行了试验研究,应用本文研制的数字功率放大器成功地实现了转子的静态悬浮和动态高速旋转试验,最高转速达到30000r/min,试验表明数字功放达到了预期效果,为了进一步提高磁悬浮轴承数字系统的集成度和稳定性以及可靠性打下了基础,向磁悬浮轴承的数字化系统研究方向迈进了一步。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磁悬浮轴承概述
• 1.1.1 磁悬浮轴承及其特点
• 1.1.2 磁悬浮轴承国内外发展现状
• 1.2 磁悬浮轴承功率放大器的发展状况
• 1.3 研究的背景及工作安排
• 1.3.1 本课题研究的背景及意义
• 1.3.2 论文内容安排
• 第二章 开关功率放大器及其数学模型
• 2.1 功率放大器的原理
• 2.1.1 功率放大器的类型选择
• 2.1.2 开关功率放大器的组成
• 2.3 功率放大器电流响应速度对系统的影响
• 2.4 功率放大器输出偏置电流对系统的影响
• 2.5 开关功率放大器的电流纹波估算
• 2.5.1 双电平脉宽调制开关功放的电流纹波估算
• 2.5.2 三电平脉宽调制开关功放的电流纹波估算
• 2.6 磁悬浮轴承功率放大器系统模型的建立
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于DSP 数字功放的研究
• 3.1 传统的磁悬浮轴承模拟功率放大器
• 3.2 基于DSP 的磁悬浮轴承数字功率放大器
• 3.2.1 TMS320LF2407A DSP 简介
• 3.2.2 DSP 产生PWM 方法的研究
• 3.2.3 应用事件管理器模块产生PWM 波的原理
• 3.3 结合磁悬浮轴承的具体应用研究
• 3.3.1 磁悬浮轴承功率放大器的特点
• 3.3.2 结合磁悬浮轴承的具体DSP 数字功率放大器分析研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 仿真研究与程序研制
• 4.1 基于MATLAB 的数字功率放大器系统的仿真
• 4.1.1 数字功率放大器两电平控制策略的仿真实现
• 4.1.2 数字功率放大器三电平控制策略的仿真实现
• 4.1.3 对比分析研究
• 4.2 软件程序设计
• 4.2.1 数字控制器的调试工具
• 4.2.2 主程序软件流程设计
• 4.2.3 中断处理程序
• 4.2.4 程序编写当中注意问题
• 4.3 PI 调节程序的验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 硬件电路设计与试验研究
• 5.1 数字信号处理器PWM 口驱动能力
• 5.1.1 TMS320LF2407A 驱动能力
• 5.1.2 LF2407A 的PWM 接口驱动设计
• 5.2 硬件移相电路的设计
• 5.2.1 数字逻辑移相电路原理
• 5.2.2 移相电路测试试验
• 5.3 数字功放外围硬件电路
• 5.3.1 电流反馈电路
• 5.3.2 数字功率放大器电源部分设计
• 5.3.3 主电路开关管的选用
• 5.3.4 功率MOSFET 驱动设计
• 5.3.5 开关功放主电路问题分析及改进措施
• 5.4 数字功率放大器测试性能分析
• 5.4.1 电压激励试验波形图
• 5.4.2 频率响应特性测试
• 5.4.3 功放传输特性测试
• 5.4.4 与传统模拟功放的对比试验
• 5.5 磁悬浮轴承联合调试试验
• 5.5.1 静态悬浮试验
• 5.5.2 磁悬浮轴承高速旋转试验
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文