河南科技大学本科毕业论文,共52页,中英文摘要及目录见后:
磁悬浮轴承控制系统的应用与仿真
摘 要:磁悬浮轴承(以下简称磁轴承)是利用磁场力将转子悬浮于空间,使转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承,磁轴承是典型的机电一体化综合系统,其研究涉及电磁理论、控制理论、机械设计、转子动力学、数字信号处理及计算机科学等众多知识领域。由于它具有无摩擦、无磨损、低能耗、低噪声、寿命长以及无污染等优点,因而在能源交通、航空航天、机械工业以及机器人等高科技领域有着广泛的应用前景。
本文介绍了磁浮轴承的基本原理和结构,在详细分析单自由度磁力轴承的基础上,建立了磁悬浮轴承一对径向电磁铁单自由度的数学模型,推导出了典型控制规律下的磁力轴承控制模型。磁轴承控制器的研究是最为关键的,控制器性能的好坏不但决定了磁轴承系统能否稳定悬浮,而且还直接影响到磁轴承的动态特性和控制精度。因此,对该不稳定系统进行了PID补偿控制,借助于MATLAB/SIMULINK,对系统在不同参数下的阶跃响应进行仿真研究,通过调整控制器参数,观测示波器波形,对参数进行合理匹配,使系统拥有很好的动态性能和稳态特性。
关键词:主动磁轴承,PID控制器,MATLAB,SIMULINK,仿真
THE APPLICATIONS AND SIMULATION OF THE AMB SYSTEM
ABSTRACT :Active magnetic bearing (AMB) is one of the typical electromechanical products and a new type of high performance bearing which suspends the rotor in a contact-free manner. The research of AMB comes down to Electromagnetics, Control Theory, Mechanics, Rotor Dynamics, Digital Signal Process and Compute Science. Since it has properties such as: no mechanical contact, no friction, lower power consumption, lower noise, lasting service life and without environmental pollution, it has been paid more and more attention in energy resource, communication, aerospace, mechanical industry, robot and medical equipment.
In the article, the author introduces the basic principle and structure of the Active Magnetic Bearing. On the basis of a mathematical model with single freedom for a couple of fixed radial magnets, the author educes the model of the AMB controller in some typical control rules. Most important of them is the research of Controller of AMB. The controller not only decides whether the rotor supported by AMB could suspend steadily, but also affects directly the dynamic performance of the system and its precision. Therefor, a PID controller for the system with innate instability is discussed. With the help of MATLAB and its toolbox SIMULINK, the result of the simulation show that through the adjustment of controller’s parameters, the system can get a very good stable and dynamic performance .
KEY WORDS: AMB; PID controller; MATLAB, SIMULINK, simulation
目 录
前 言 1
第1章 磁悬浮轴承概述 3
§1.1 磁悬浮轴承简介 3
§1.1.1 磁悬浮轴承的分类 3
§1.1.2 磁悬浮轴承的特点 3
§1.1.3 磁悬浮轴承的原理 4
§1.2 本课题的国内外研究现状 5
§1.3 研究的方向和应用前景 6
第2章 MATLAB介绍 8
§2.1 MATLAB语言 8
§2.1.1 MATLAB语言的发展 8
§2.1.2 MATLAB语言的特点 8
§2.1.3 MATLAB的主要组成部分 9
§2.2 SIMULINK简介 10
第3章 主动磁悬浮轴承系统的工作原理及简化数学模型 12
§3.1 主动磁悬浮轴承的工作原理 12
§3.1.1 主动磁轴承的系统组成 12
§3.1.2 主动磁悬浮轴承的工作原理 13
§3.2 径向单自由度磁力轴承简化数学模型 14
§3.2.1 磁路分析 14
§3.2.2 线性化处理 16
第4章 PID控制器的应用与仿真研究 19
§4.1 PID控制器的参数选择 19
§4.2 仿真研究 22
结 论 30
参考文献 31
致 谢 33 |