基于嵌入式实时操作系统的磁悬浮轴承控制系统设计

摘要

本文以五自由度磁悬浮磨削电主轴为研究对象,开展了基于嵌入式实时操作系统的磁悬浮轴承数字控制系统的研究,建立了先进的硬件研究平台,并对传统算法和多模态智能控制进行了研究.主要研究内容如下:分析了五自由度磁悬浮轴承的构成,对各个组成部分及其相互之间的关系做了详细的说明.根据磁悬浮轴承控制系统的具体要求,构建了先进的硬件控制平台,采用集中式控制,由单一高性能DSP来实现,并配以分组快速DA模块、串口通信SCI模块、可编程逻辑器件(CPLD)等外设,解决了以往采用分散控制的协调控制问题.开展了磁悬浮轴承控制系统的控制算法研究.根据实际要求提出了多模态智能控制算法,实现系统的较好控制.完成了基于前后台软件架构的磁悬浮控制系统软件设计;并针对磁悬浮轴承控制系统的复杂性,先从软件编程方法上引入了基于C/C++的编程思想,随后分析了采用传统前后台软件编程方法的局限性,并提出了采用嵌入式实时操作系统DSP/BIOS来实现控制系统的软件架构,且给出了基于此操作系统的磁悬浮控制系统的实现过程.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1磁悬浮轴承概述

1.2国内外研究现状

1.3课题研究的意义及来源

1.4论文主要内容及工作安排

第2章磁悬浮轴承控制模型分析

2.1磁悬浮轴承控制系统原理

2.2五自由度磁悬浮轴承结构分析

2.3磁悬浮轴承控制系统建模

2.3.1单自由度系统的数学模型

2.3.2五自由度磁悬浮轴承控制系统建模

2.4小结

第3章基于DSP的控制系统硬件设计

3.1控制系统方案设计

3.2主控芯片DSP TMS320F2812特性

3.3高速A/D采集信号处理

3.3.1传感器输入信号电压转换与滤波设计

3.3.2输入信号采样同步分析

3.3.3多路连续采样技术及抗干扰技术的应用

3.4多路分组隔离快速DA输出单元

3.5 CPLD的应用

3.6多种通信方式选择

3.7功率放大器设计

3.8小结

第4章磁悬浮轴承控制算法设计与分析

4.1磁悬浮轴承控制算法概述

4.2磁悬浮轴承系统PID控制

4.2.1磁悬浮轴承PID控制的基本思想

4.2.2数字PID算法在磁悬浮轴承控制系统中的实现

4.3多模态智能控制算法设计

4.3.1多模态智能控制算法原理

4.3.2磁悬浮轴承控制系统的多模态智能控制算法设计

4.3.3应用结果与分析

4.4小结

第5章基于嵌入式RTOS的控制系统软件设计

5.1嵌入式系统概述

5.2前后台(Foreground/Background)软件系统

5.2.1前后台系统原理

5.2.2基于前后台系统的磁悬浮轴承控制软件实现

5.3基于C/C++的软件编程

5.3.1传统C2000系列DSP编程方法

5.3.2基于C/C++结构的框架式编程思想

5.4基于嵌入式RTOS的控制系统软件设计

5.4.1引入嵌入式实时操作系统的必要性

5.4.2嵌入式RTOS DSP/BIOS概述

5.4.3 DSP/BIOS在磁悬浮轴承控制系统中的应用

5.5小结

第6章系统调试分析

6.1数字控制系统的调试方案

6.2内部ADC校准

6.3 CPLD内部调试测试

6.4控制参数的整定

6.5软件编程需要注意的问题

6.6抗干扰及系统冗余技术的考虑

6.7小结

第7章总结和展望

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果及参与的科研项目

致谢