基于嵌入式技术的磁悬浮寻北仪控制系统设计

摘要

主动磁悬浮轴承是一种利用电磁力将转子悬浮于空间，不需要任何介质而实现承载的非接触式支承装置。我们将其引入了摆式寻北仪，以减小轴系的摩擦，提高寻北精度，这种基于磁悬浮技术的寻北系统称为磁悬浮寻北仪。
　　按照功能划分，可将磁悬浮寻北仪分为控制系统和寻北系统。其中控制系统的作用是使磁悬浮轴承转子稳定悬浮，为整个系统提供可靠的轴系。
　　本文中使用DSP和CPLD设计了磁悬浮寻北仪控制系统的嵌入式控制器，实现对磁悬浮轴承的实时控制，为寻北系统的正常工作奠定基础。
　　同时，为了弥补嵌入式控制器功能上的不足，在Visual C++6.0中，使用MFC应用程序框架，开发了磁悬浮寻北仪的上位机系统，作为在线监控和离线分析的平台。
　　另一方面，针对常规PID的不足，本文研究了磁悬浮轴承的模糊PID控制器。但是模糊PID控制器的规则表和比例因子往往靠人工经验整定，缺乏科学性。为此本文改进了传统的协同进化算法，并将其应用于模糊PID控制器的寻优上。同时，将优化得到的模糊PID控制器在Matlab中进行了仿真研究。
　　最后，使用dSPACE设计了磁悬浮寻北仪的数字PID控制器，并将其移植到DSP控制板中，在上位机系统的配合下，对整个控制系统进行了整体调试，最终获得成功，在陀螺转速为22000 r/min时，依然可以控制磁悬浮轴承转子稳定悬浮。

目录

基于嵌入式技术的磁悬浮寻北仪 控制系统设计

A DESIGN OF EMBEDDED CONTROLSYSTEM OF MAGNETIC NORTH-SEEKER

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 磁悬浮技术的发展及现状

1.3 论文的研究内容及章节安排

第2章 上位机软件系统设计

2.1 需求分析

2.2 概要设计

2.3 详细设计

2.4 最终实现

2.5 本章小结

第3章 基于DSP 的控制板设计

3.1 总体设计

3.2 器件的选择

3.3 硬件设计

3.4 CPLD 程序设计

3.5 DSP 软件设计

3.6 控制板单板测试

3.7 本章小结

第4章 基于改进协同进化算法的模糊PID 参数寻优

4.1 增益调整型自整定模糊PID

4.2 遗传算法及基于共生机制的协同进化算法

4.3 一种改进的基于共生机制的协同进化算法

4.4 基于改进协同进化算法的模糊PID 参数寻优

4.5 基于Simulink/Matlab 的算法实现与仿真结果

4.6 本章小结

第5章 整体调试

5.1 磁悬浮寻北仪控制系统组成

5.2 基于dSPACE 的数字PID 控制器设计

5.3 嵌入式磁悬浮寻北仪控制系统调试

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢