基于直线电机的动推力与垂向力测试平台的悬浮控制系统设计

摘要

直线电机轨道交通系统作为一种新型的城市轨道交通系统在世界范围内正越来越广泛地得到应用，目前直线电机轨道交通系统已经在世界上10个城市实现了实际应用，而且还有多个城市正在规划建设新的直线电机轨道交通系统。扁平形单边LIM(Single-sided linear induction motor，SUM)作为直线电机轨道交通系统中的牵引电机与传统的旋转电机牵引传动相比，具有地下隧道的断面小、爬坡能力强、噪声低等优点，但也存在着效率和功率因数低、能耗高的缺点，如何提高其效率成为应用中最为关心的问题。所以，对直线感应电机的动推力和垂向力动态性能进行测试就显得至关重要。因此，本文的基于磁悬浮原理的直线电机动推力和垂向力的测试平台显得意义重大。 该平台利用磁悬浮的原理让直线电机以恒定气隙悬浮，通过位置传感器计算直线电机的加速度，得出直线电机的动推力；由于电磁悬浮系统在气隙恒定的情况下，电磁铁的电流与电磁引力为一一对应关系，所以根据控制电机悬浮的电磁铁电流就可以方便而且准确的推算出直线电机的垂向力大小。 本论文主要完成了该平台的磁悬浮控制系统的设计，围绕该测试平台，对磁悬浮原理和控制方法进行了研究，建立了混合悬浮系统的动态模型。为了使系统达到稳定悬浮，采用状态反馈的方法进行控制，并通过仿真验证了控制方法的合理性。设计了系统的硬件平台，编写了悬浮控制程序，最后进行了混合悬浮系统地调试，实现了系统的稳定悬浮，为该测试方法的实现奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2磁悬浮控制技术

1.3课题的主要工作和论文的主要安排

2系统的结构组成和工作原理

2.1系统工作原理

2.2系统的组成结构

2.2.1磁悬浮子系统

2.2.2机械本体子系统

2.2.3直线电机子系统

2.3本章小结

3混合悬浮系统的动态模型和PID控制器的设计

3.1电磁与永磁结合的混合悬浮系统动态模型

3.2状态空间及传递函数模型

3.3混合悬浮系统控制器的设计与选择

3.3.1 PID控制器原理

3.3.2 混合悬浮系统PID控制器设计

3.3.3 混合系统PID参数的设计

3.3.4 PID实现混合系统定气隙控制的仿真

3.4采用状态观测器的状态反馈控制

3.4.1状态反馈控制规律实现

3.4.2离散时间系统下的状态反馈控制

3.5本章小结

4悬浮控制系统的硬件设计

4.1斩波器主电路的设计

4.1.1斩波器的基本类型

4.1.2四象限斩波器主电路分析

4.1.3四象限斩波器主电路各个参数的设计

4.2四象限斩波器驱动电路的分析与设计

4.3数字控制器TMS320LF2407

4.3.1 电源单元

4.3.2 DSP最小系统

4.3.3 模拟量采集(AD)处理单元

4.3.4 PWM生成电路

4.4本章小结

5数字控制器的软件设计

5.1数字定标

5.2程序的流程及实现

5.2.1主要模块程序流程

5.2.2磁悬浮控制系统软件抗干扰措施

5.3磁悬浮控制系统软件调试

5.3.1 EV模块的调试

5.3.2 A/D软件模块调试

5.3.3 控制算法模块的调试

5.4本章小结

6系统调试与实验

6.1 A/D调试实验

6.2 悬浮实验

6.2.1系统的起浮和下降

6.2.2悬浮系统四角耦合情况及解决办法

6.2.3系统悬浮试验调试

7结论

参考文献

附录A 计算eAT源程序（泰勒级数展开发，m文件）

附录B 数字滤波程序源代码

作者简历