基于DSP的磁悬浮轴承控制系统的研究

摘  要： 介绍了磁悬浮轴承控制系统的组成、工作原理和数学控制模型以及基于DSP的磁轴承数字控制器的总体结构。控制方法上采用了非线性PID控制策略。实验结果表明，将DSP用于磁悬浮轴承数字控制效果良好，对开发数字控制磁轴承系统具有参考和应用价值。
关键词： 磁悬浮轴承；数字控制器；TMS320F6713；非线性PID控制；控制策略
   　磁悬浮轴承系统由控制器、转子、电磁线圈、位移传感器和功率放大器组成。本文所设计的磁悬浮实验装置结构图如图1所示。其基本工作原理是：当转轴处于轴套内径中心位置时，转轴与轴套中的各个电磁铁下的气隙长度相等，此状态称之为磁悬浮轴承转轴的平衡状态。如果磁悬浮轴承的转轴处于平衡状态并稳定运行时，转轴上的负载突然有一变化，原来处于平衡的状态被破坏，每个电磁铁下的气隙长度也发生了变化，此时电磁铁下的间隙传感器将立即反映出这一变化，电磁力控制器将根据这一变化调节各个电磁铁线圈中的电流来改变各个电磁铁的电磁力，使得转轴回到原来的平衡状态[1]。
   
   　磁悬浮轴承的控制器是磁悬浮轴承系统的核心，控制器性能的好坏直接影响到磁悬浮轴承系统的工作特性[2]。采用性能优良的控制器可以使磁悬浮轴承动态刚度、阻尼与其工作环境甚至是运行状态相适应。DSP不仅具有数字控制的所有优点，而且体积小、抗干扰能力强，可以对载荷、位移、振动、磁力轴承线圈电流及其运行实现在线监控，易于实现良好的人机界面，能对意外和紧急状况以及安全问题做出及时处理[3]。
　因此，本文以TI公司DSP芯片TMS320F6713为核心，以SIGNETICS公司的NE5520为气隙检测传感器[4]，设计了一种数字控制器，实现了磁悬浮轴承的稳定悬浮。
1 磁悬浮实验装置组成及控制数学模型