基于DSP的高性能磁悬浮轴承数字控制器研制

摘要

本文以TMS320F2812 DSP 芯片为核心，设计了五自由度主动磁悬浮轴承的数字控制器，并编写了相应的控制程序。控制器的输入系统采用外置16 位A/D 芯片，相比DSP 内部A/D 模块和本课题组以往的A/D 采集系统，提高了4 位采样精度。该A/D 芯片可以同时对6路模拟信号进行采样和转换，为集中控制等需要同时采样多路信号的高级算法提供了硬件平台。本文首次将动态增益可调技术应用在磁悬浮轴承控制器中，在位移信号波动范围小于10％的A/D 采样范围时，将位移信号放大到原来的8 倍，充分利用了A/D 芯片的采样范围，提高了整个系统的采集精度。控制器输出系统中的D/A 转换也应用了相似的原理，提高了输出信号的品质。
　　 在利用现有传感器输出信号的情况下，控制器实现了转速测量与显示的功能。先将位移信号转换为同频方波信号，再利用DSP 芯片的捕获单元对其捕获，实现了精度为1rpm的转速测量，显示的精度为1Hz（60rpm）。文中在此基础上采用了分段控制算法，该算法将测得的转速反馈给控制程序，程序根据不同的转速调整控制参数，使系统在不同转速范围都能尽量达到最优控制，解决了以往固定的控制参数不能适应所有转速段的问题。
　　 本文在五自由度磁悬浮轴承试验台上进行了试验研究，使用研制的数字控制器在试验台上成功地实现了转子的静态悬浮和24000rpm的高速运转。静态悬浮时各自由度振动峰峰值小于6μm，24000rpm 运转时，系统运转平稳、噪音小，各自由度振动幅值小于8μm。