基于DSP的磁悬浮系统鲁棒控制

论文摘要

磁悬浮技术由于其具有无接触磨损,无需润滑和对环境无污染等特性,被广泛应用于空间技术等高技术领域中。本文设计开发了一种磁悬浮系统,能够使转子轴稳定悬浮,并达到很好的定位精度。本文首先从机械和电控两个方面分析了磁悬浮系统的结构组成、各部分的作用,并介绍了系统的控制原理。在电磁铁电磁力公式的基础上,推导了单自由度转子的数学模型,进而得出了磁悬浮系统径向和轴向的数学模型,为后续的控制器设计奠定了基础。在电控系统设计方面,本文涉及了硬件设计和软件设计两个方面。硬件设计首先介绍了硬件电路整体结构的设计,然后详细讨论了硬件电路各个功能板的设计,并重点介绍了基于DSP2812设计的控制板电路。软件设计则着重介绍了A/D,控制算法和D/A的程序设计思路和流程图以及控制系统的软件实现。由于模型的不确定性和外界干扰信号是磁悬浮系统设计中不可回避的问题,本文选择了鲁棒控制理论。首先结合动态补偿器的设计思路,考虑鲁棒稳定性,干扰抑制和最小能量控制三方面的要求,设计了鲁棒动态补偿器,并进行了仿真。仿真表明:采用设计的鲁棒动态补偿器,磁悬浮系统基本消除了模型参数摄动对系统的影响,系统具有较好的鲁棒稳定性和性能。采用鲁棒控制系统设计的参数化方法应用于磁悬浮被控对象得到了满意的结果。最后,利用建立的磁悬浮轴承的数学模型,把磁悬浮轴承系统控制器的设计归结为混合灵敏度问题,针对磁悬浮轴承系统这一被控对象,分析了系统的不确定性,合理地选择了加权函数,从而得到了广义对象的数学模型,利用MATLAB鲁棒控制工具箱,得到了H∞H∞控制器。对控制器的性能进行了检验,系统稳定性和性能的要求都得到了满足。又对几种参数摄动情况进行了计算机仿真,表明设计的控制器对于一定范围了参数摄动,系统仍具有良好的稳定性和性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磁悬浮技术研究的背景及意义
• 1.1.1 磁悬浮技术研究的背景
• 1.1.2 磁悬浮技术研究的意义
• 1.2 磁悬浮技术发展综述
• 1.2.1 磁悬浮技术的发展历史
• 1.2.2 磁悬浮技术国内外应用研究现状
• 1.2.3 磁悬浮技术存在的问题
• 1.2.4 磁悬浮技术的发展趋势
• 1.3 课题研究的来源和主要内容
• 1.3.1 课题研究的来源
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 1.3.3 论文内容安排
• 第2章 磁悬浮系统的原理和数学模型
• 2.1 磁悬浮系统的原理
• 2.1.1 磁悬浮系统的组成
• 2.1.2 磁悬浮系统的工作原理
• 2.2 磁悬浮系统的数学模型
• 2.2.1 电磁铁电磁力计算的基本公式
• 2.2.2 单自由度转子的数学模型
• 2.2.3 磁悬浮系统径向的数学模型
• 2.2.4 磁悬浮系统轴向的数学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于DSP 的磁悬浮电控系统设计
• 3.1 电控系统设计概述
• 3.2 磁悬浮电控系统硬件设计
• 3.2.1 磁悬浮电控系统硬件设计概述
• 3.2.2 控制芯片DSP2812 简介
• 3.2.3 磁悬浮电控系统控制电路设计
• 3.2.4 磁悬浮电控系统功率放大电路设计
• 3.2.5 磁悬浮电控系统显示电路设计
• 3.2.6 磁悬浮电控系统信号检测电路设计
• 3.2.7 磁悬浮电控系统母板电路设计
• 3.3 磁悬浮电控系统软件设计
• 3.3.1 DSP 程序设计特点
• 3.3.2 A/D 程序设计
• 3.3.3 控制算法实现
• 3.3.4 D/A 程序设计
• 3.3.5 控制系统主程序实现
• 3.4 磁悬浮系统面板设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 磁悬浮系统的鲁棒动态补偿器设计
• 4.1 鲁棒控制概述
• 4.2 线性定常系统的输出动态补偿器
• 4.3 鲁棒动态补偿器设计
• 4.4 计算机仿真及结果分析
• 4.5 本章小结
• ∞混合灵敏度优化设计'>第5章 磁悬浮系统的H_∞混合灵敏度优化设计
• ∞最优控制问题'>5.1 H_∞最优控制问题
• ∞控制中的混合灵敏度优化问题'>5.2 H_∞控制中的混合灵敏度优化问题
• ∞混合灵敏度优化控制器设计'>5.3 H_∞混合灵敏度优化控制器设计
• 5.4 计算机仿真及结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢