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主动磁轴承支承的电主轴是一种高科技机电一体化产品,利用电磁力使转子悬浮的非接触式轴承,具有传统轴承所没有的转速高、功耗低、无磨损、寿命长、便于控制等一系列突出优点,使得磁悬浮电主轴在航空航天、真空技术、涡轮机械及机床等领域具有广泛的应用前景。本课题在国家自然科学基金(60974053)和江苏省自然科学基金(BK2012707)等支持下研究了一种新型交流主动磁轴承支承的电主轴系统,建立了该系统的状态方程,并利用动态递归模糊神经网络逆这一理论方法对电主轴系统进行解耦,构建了五自由度主动磁轴承支承的电主轴数字控制系统实验平台,并进行了相关实验研究。主要研究工作如下:
首先,给出了五自由度主动磁轴承支承的电主轴的总体结构,在分析二自由度交流主动磁轴承和单自由度轴向磁轴承的结构与工作原理的基础之上,采用磁路等效原理,分别推导了径向和轴向悬浮力的数学模型,最后建立了五自由度主动磁轴承支承的电主轴的状态方程。
其次,介绍了动态递归模糊神经网络逆的基本理论,利用该理论对五自由度主动磁轴承支承的电主轴进行解耦研究,采用动态递归模糊神经网络加积分器来构造被控对象的模糊神经网络逆,模糊神经网络逆与原系统串联组成伪线性系统,利用线性系统理论对伪线性系统进行了综合和仿真,仿真试验表明这种控制策略能够实现系统五自由度之间的动态解耦,且系统具有良好的动静态性能。
再次,介绍了以DSPTMS320F2812为核心的电主轴数字控制系统,重点阐述了数字控制系统中硬件与软件的设计,其中硬件部分主要有DSP最小系统开发板、位移接口电路、径向功率驱动板以及轴向开关功放的电路设计;软件部分主要有DSP2812内部的各个功能模块和VB调试界面的设计。
最后,构建了五自由度交流主动磁轴承支承的电主轴数字控制系统实验平台,进行了典型实验研究。针对径向两自由度磁轴承、轴向单自由度磁轴承给出了转子起浮、扰动、解耦控制等实验波形,并分析了实验结果;同时给出五自由度主动磁轴承电主轴动态递归模糊神经网络逆解耦控制方案。