基于DSP的磁悬浮电主轴数字控制系统研究

本文介绍了磁悬浮电主轴系统的组成及工作原理,采用 TMS320F2407 DSP 芯片作为控制核心,同时控制电主轴磁轴承的悬浮和电机调速。磁轴承功率放大器采用开关功放,电机调速采用智能功率模块。实验表明,该控制系统满足高速铣削电主轴的控制要求。

鲁棒反演滑模控制在磁悬浮电主轴中的应用

由于参数的不确定、外界扰动和位移检测误差等,影响磁悬浮电主轴转子位置高性能控制。将滑模控制方法与反演控制方法相结合,针对系统模型设计反演控制器,通过滑模控制器来补偿外界扰动等不确定因素。仿真实验表明,鲁棒反演滑模控制有效提高了磁悬浮电主轴运行的动、静态性能。

数模混合式控制器在磁悬浮电主轴中的应用研究

以磁悬浮电主轴为研究对象,提出了一种基于TMS320F28335数字电位器的数模混合式PID控制器。该控制器针对数字控制器和模拟控制器在磁悬浮电主轴应用中的不足,解决了数字控制器响应较慢和模拟控制器参数调整困难的问题。经过实验验证,设计的基于数字电位器的PID控制器能够满足磁悬浮电主轴的要求,使系统的稳定性和鲁棒性得以增强。

位移传感器在磁悬浮电主轴中安装结构的改进

位移传感器在径向的安装结构是否合理,直接影响磁悬浮电主轴的控制精度。探讨了位移传感器在磁悬浮电主轴中几种不同的安装方式,并设计了一种新的安装结构。实验证明:该结构设计合理、工作可靠。

径向磁悬浮电主轴系统设计研究

本文主要从工业实际应用的角度出发,提供了一种从径向磁悬浮电主轴的结构设计开始到控制系统的整个系统的完整新颖的设计方法,其中在结构设计中提出了两个对结构起决定意义的参数——X(每极的圆周宽度/(每极的圆周宽度+每槽的圆周宽度))和Y(槽的径向厚度/每个槽的圆周宽度),并对它们的科学取值进行了深入的探讨,还给出了由机械特性——刚度和阻尼出发迅速设计出PID控制器的计算公式,最后进行了功率损耗分析和发热量校验.本文在上述理论分析的基础上,设计了样机,安装在机床厂磨床上进行实地磨削实验,性能稳定、良好,其精度达到1μm.

基于EtherCAT的磁悬浮电主轴通信系统设计

为满足磁悬浮电主轴快速且确定的通信需求,文章设计了一套通信周期很小的实时通信系统。为了保证系统实时性,通信系统采用EtherCAT实时以太网协议,在实时Linux系统RTAI上实现系统的主站,在FPGA上实现系统的从站。最后搭建了实验平台对设计的通信系统进行了功能验证和实时性能的测试。实验结果表明设计的通信系统能够正常处理EtherCAT协议,能正确地在主站与从站之间交换数据,能准确地获得磁悬浮电主轴的位置电流信号,并且具有优异的实时性能,最小通信周期可以达到20μs。

磁悬浮电主轴制造精度的保证方法

介绍了磁悬浮电主轴制造中存在的几个问题,提出了径向传感器与径向磁力轴承定子相对位置的保证措施,给出了获得径向、轴向间隙的工艺方法。

基于零偏置电流的磁悬浮电主轴动不平衡力抑制

磁悬浮系统在偏置电流控制策略下会产生高功耗,造成温升、热变形以及传感器的温漂等,影响转子的悬浮精度。此外,由于动不平衡力、传感器测量失真以及电机偏心磁拉力等因素影响,会引起转速的同频和倍频振动。该文在传统的零偏置电流控制基础上,提出了基于多频率陷波器的动不平衡力抑制策略。首先,利用零偏置电流控制策略来降低磁轴承功耗,针对零偏置电流策略带来的系统非线性,将电流到位移的非线性系统转化为电磁力到位移的线性系统,再采用线性控制策略设计位移控制器。其次,在零偏置电流策略的基础上,引入多频率陷波器来抑制转子的同频与倍频振动。通过实验对比了不开启同频陷波器控制、仅开启同频陷波器控制以及开启多频率陷波器控制3种情况,验证了所提出的多频率陷波器策略能够有效抑制转子的同频与倍频振动。该方法不仅有效地抑制了转子的周期性振动,还大大降低了磁轴承功耗。

基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法

利用磁悬浮轴承高速电主轴作为检测器件解决高速磨削法向磨削力实时在线测量困难的问题。通过对磁悬浮轴承高速电主轴转子的动力学分析,得到法向磨削力与电主轴转子位移的两阶导数和转子受到的电磁力的关系。转子的位移数据可由磁悬浮轴承电主轴中的位移传感器的输出得到。为了精确求取电磁力,气隙磁通密度采用图解法求出,消除线性化引入的系统误差;气隙宽度由遍历搜索法标定,消除系统加工装配误差对电磁力测量带来的影响;引入修正系数对由漏磁、磁滞和边缘效应带来的测量误差进行补偿,修正系数由三层神经网络动态实时求出。通过静态和动态试验对电磁力和动态磨削力的检测结果进行验证,试验结果证明基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法的有效性和准确性。

基于DSP的主动磁轴承电主轴控制系统研究

针对主动磁轴承电主轴控制器设计复杂、价格昂贵等问题,采用数字信号处理器和智能功率模块,设计了主动磁轴承控制系统,实现了磁轴承的悬浮和电机调速。采用智能PID算法,编制了控制软件。连续运转试验表明,磁轴承悬浮稳定,旋转速度达4×104r/m in。该控制系统结构简单,性价比高,可满足高速铣削磁悬浮电主轴要求。

磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量不平衡系统动态特性研究

针对磁悬浮铣削电主轴在切削过程中因切屑进入刀具容屑槽中而导致“刀具-主轴”系统质量变化,进而引起系统回转精度不稳定的问题,以变质量质点理论为依据建立“切屑-刀具-主轴”系统的变质量动力学模型。分析系统的不平衡质量变化时所引起的系统振动,进而导致磁悬浮轴承定/转子间气隙磁场不均所产生不平衡磁拉力,并利用等效磁路法建立不平衡磁拉力模型。利用Riccati传递矩阵法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统的稳态动力学模型,得到系统的模态参数和初始偏心质量影响下的不平衡响应。考虑铣削力、变质量力、切屑质量不平衡离心力和不平衡磁拉力等因素,采用Newmark-β算法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量系统的瞬态动力学模型。对系统从起动到切削过程的动态响应进行仿真分析,结果表明,质量不平衡是影响磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统稳态响应的主要因素;在切削过程中,变质量力是影响系统瞬态响应的主要因素;不平衡磁拉力对系统响应的影响与系统的稳定性成负相关与系统的振幅成正相关。

TMS320F240在高频PWM调速器中的应用

在高速数据芯片中,TMS320F240最适合于SPWM控制,由它来控制逆变器的6个开关器件,实现SPWM变频调速。文章简要介绍了该芯片的基本结构和特点、以及SPWM变频调速的原理和电主轴频率转换调节系统的主逆变电路。经实验和实际应用证明,TMS320F240功能很强,运算速度很快,适用于三相交流电机的控制。

无轴承电机中磁浮系统的互补PWM控制器研究

无轴承电机中磁浮系统的互补式PWM(脉宽调制)的特点为5自由度的差动式输出,在DSP芯片中TMS320C2407带有6个全功能数字式PWM控制器,这对采用差动式输出的五自由度磁悬浮电主轴控制十分方便。文中简要介绍以TMS320C2407为核心的5自由度磁悬浮电主轴控制电路以及数字互补式PWM输出控制原理,用这种互补式PWM控制方法调试很方便,有望将磁轴承系统做成免调试系统。

用TMS320F240实现高频PWM调速控制

TMS320F240是 DSP 芯片中最适合于产生 SPWM 控制的一个产品,由它来控制逆变器的6只开关器件,实现 SPWM 变频调速。文章简要介绍了该芯片的基本结构和特点、以及 SPWM 高速变频调速的原理,并叙述了如何使用 TMS320F240通过软件产生所需的 SPWM 波形。