面向计算机仿真的软件开发若干问题研究

论文摘要

本论文采用美国 TI(Texas Instruments)公司的 C2000 系列产品中目前最新、运算速度最快的定点 DSP 芯片 TMS320F2812 作为磁悬浮轴承系统数字控制器的 CPU,应用模拟多路开关实现了磁悬浮轴承 5 路位移传感器信号的采集。用C 语言和汇编语言混合编写了磁悬浮轴承数字控制器的软件。围绕 F2812 DSP 设计了磁悬浮轴承控制器的硬件电路,用 CPLD 逻辑控制实现了 DSP 对 8 路 D/A 的操作。 本文在实验室磁悬浮轴承系统上进行实验研究,采用 PID 控制算法,其中的四个径向自由度由本文设计的数字控制器控制,轴向自由度由模拟控制器控制。五个自由度的位移信号采用 10 个涡流传感器的差动方式来测量,功率放大器采用的是开关功率放大器。应用本文研究的控制器成功地将试验转子系统实现了静态悬浮和动态悬浮,最高转速达到 15000r/min。静态和动态悬浮试验结果表明设计的磁悬浮轴承系统控制器稳定性好、重复性好,其控制精度达到了预期的效果。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 磁悬浮轴承概述
• 1.1.1 磁悬浮轴承简介
• 1.1.2 磁悬浮轴承技术发展与研究现状
• 1.1.3 磁悬浮轴承数控硬件系统发展概况
• 1.1.4 论文工作的背景
• 1.2 论文工作与内容安排
• 1.2.1 论文工作的主要贡献
• 1.2.2 论文内容安排
• 第二章 磁悬浮轴承系统数学模型及其控制器
• 2.1 磁悬浮轴承系统组成及其工作原理
• 2.2 主动磁悬浮轴承的结构
• 2.2.1 主动磁悬浮轴承的整体结构
• 2.2.2 磁悬浮轴承的结构形式
• 2.3 主动磁悬浮系统的数学模型
• 2.3.1 单自由度转子的数学模型
• 2.3.2 磁悬浮轴承中五自由度转子的数学模型
• 2.4 磁悬浮轴承PID控制器的设计
• 2.4.1 PID控制器方案设计
• 2.4.2 单自由度磁悬浮轴承PID控制器模型的建立
• 2.4.3 单自由度PID控制器的仿真
• 2.5 控制系统仿真研究
• 2.5.1 磁悬浮实验平台的力学参数
• 2.5.2 电涡流传感器及功放模型
• 2.5.3 控制系统仿真
• 2.6 本章小结
• 第三章 磁悬浮轴承控制器的软件设计
• 3.1 数字PID的实现
• 3.1.1 数字控制器的离散化方法
• 3.1.2 数字PID的实现
• 3.2 F2812 DSP系统的软件设计
• 3.2.1 DSP程序设计的特点
• 3.2.2 C语言的模块化设计
• 3.2.3 说明变量和定义变量
• 3.3 控制算法软件实现
• 3.3.1 定时中断的形成
• 3.3.2 AD、DA模块
• 3.3.3 PID算法的实现
• 3.4 浮点运算
• 3.4.1 数的定标
• 3.4.2 IQmath库
• 3.5 本章小结
• 第四章 磁悬浮轴承数字控制系统硬件设计
• 4.1 TM5320F2812 DSP简介
• 4.1.1 TM5320F2812 DSP性能特点
• 4.1.2 F2812 与LF2407A、F240 比较
• 4.2 数字控制器的硬件结构设计
• 4.2.1 A/D转换
• 4.2.2 D/A转换通道的设计
• 4.2.3 CPLD逻辑控制设计
• 4.3 磁悬浮轴承控制器硬件中电源的设计
• 4.3.1 DSP电源的设计
• 4.3.2 DAC7724 及CPLD芯片的电源设计
• 4.4 时钟
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统调试与运转试验
• 5.1 数字控制器的系统调试工具
• DEC2812 开发板'>5.1.1 SEED_DEC2812 开发板
• 5.1.2 SEED-XDSPP开发系统
• 5.1.3 目标系统上JTAG仿真头的定义
• 5.1.4 Code Composer Studio集成开发环境
• 5.2 系统调试
• 5.2.1 传感器的标定
• 5.2.2 数字PID控制参数的整定
• 5.3 静态悬浮试验
• 5.4 高速运转试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 参考文献