智能开关电源在磁悬浮轴承系统中的应用研究

摘要

磁悬浮轴承作为一种新颖的高性能支承部件，具有传统轴承无可比拟的许多优点，吸引着全世界范围内各国学者和各领域用户的极大关注。磁轴承在国外已有很多成功的应用实例，而国内对于磁轴承的研究刚刚进入应用开发阶段，还有许多应用问题有待解决。其中重要问题之一就是为磁轴承系统供电电源的问题。随着磁轴承技术的发展，对为磁轴承供电的电源要求越来越高，而目前在磁轴承系统中采用的是线性电源或开关电源与线性功率放大器的组合和直接整流电源与开关功率放大器的组合，不能完全满足磁轴承技术发展的需求。因此，针对这一问题，本文就磁轴承用开关电源的设计及其智能化的实现作了探索性研究。 本文首先介绍了本次研制的智能开关电源的现实意义和需要达到的指标要求，在对开关电源的原理介绍的基础上，确定了电源的系统整体设计方案和控制回路方案。接着，介绍了四种带变压隔离器的电路拓扑结构，分析它们的优缺点，对全桥变换电路的运行模式和工作原理进行了分析，确定了电源主电路的初步方案，即采用全桥式电路拓扑结构，并对主电路中的整流滤波电路、吸收回路、EMI滤波器和高频变压器进行了设计。然后，以美国TI公司的TMS320LF2407A型数字信号处理器(DSP)为核心设计了控制电路，并以模糊控制理论为基础设计了一种用于磁轴承系统的智能控制算法，实现了智能控制的目的。最后，使用MATLAB软件的Simulink模块进行了电源的仿真，并将实验所得波形图与仿真波形图进行了对比。 实验结果表明，本文所介绍的电源装置达到了设计要求。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1磁悬浮轴承概述

1.1.1磁悬浮轴承的特点及其分类

1.1.2磁轴承在国内外的发展概况

1.1.3磁轴承系统的组成和工作原理

1.2电源在磁轴承系统中的作用及其应用现状

1.3论文工作及内容安排

1.3.1论文工作的背景

1.3.2论文的研究意义

1.3.3论文的内容安排

第二章智能开关电源的理论基础

2.1开关电源的原理

2.1.1功率变换电路的原理

2.1.2 TRC控制方式和特点

2.2高频开关变换器

2.2.1单端反激型开关电源变换器

2.2.2单端正激型开关电源变换器

2.2.3多端变换器

2.3系统整体设计

2.4控制电路方案

第三章主电路设计

3.1 PWM开关变换器的设计

3.1.1开关变换器结构

3.1.2变换器中的开关元件

3.2输入整流滤波电路设计

3.2.1整流桥及其选用原则

3.2.2输入滤波电容

3.3输出整流滤波电路设计

3.3.1输出整流二极管

3.3.2输出滤波电感

3.3.3输出滤波电容

3.4吸收回路的设计

3.4.1吸收回路的基本原理

3.4.2吸收回路的设计

3.5 EMI(Electro Magnetic Interference)滤波器的设计

3.5.1 EMI电源滤波器的基本原理

3.5.2 EMI滤波器的设计

3.6高频变压器的设计

3.6.1变压器的设计步骤

3.6.2变压器设计的几个问题

3.6.3变压器电压干扰的抑制

第四章控制电路的设计

4.1 DSP控制器

4.1.1 TMS320LF2407A的特点概述

4.1.2 TMS320LF2407A的功能结构图

4.1.3 TMS320LF2407A的存储空间分配

4.2软件设计

4.2.1软件开发调试环境介绍

4.2.2主程序流程图

4.2.3 A/D的实现

4.2.4驱动信号的发生

4.2.5智能控制算法

4.3硬件设计

4.3.1硬件整体结构设计

4.3.2驱动电路设计

4.3.3输出电压检测电路设计

第五章仿真及实验结果

5.1智能开关电源的仿真

5.1.1仿真工具SIMULINK简介

5.1.2智能开关电源的MATLAB仿真

5.2调试与实验结果

第六章总结与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位研究生期间发表论文一览

致谢