摘 要

主动磁悬浮轴承作为一种无接触摩擦、高转速、高控制精度的轴承，在高精度、高转速和超低转速的旋转领域有着重要的应用，对于它的设计有着重要意义。

在控制方面，主动磁悬浮轴承控制系统又是一个开环不稳定的系统，它要想稳定精确悬浮，就需要在控制器的控制下才行。本文首先介绍了基于DSP的磁轴承的发展状况，并对磁轴承系统设计内容作了简要的说明。然后，对系统设计作一个需求分析，并做出控制系统总体方案，接着设计了DSP外围电路系统的电源电路，时钟电路，复位电路，存储器扩展电路，JTAG仿真街口电路；在外设部分设计了A/D转换和D/A转换模块；最后在软件方面基于变参数PID控制算法有简单的探索。

采用基于DSP的磁轴承控制系统，与PC机控制系统相比价格大幅下降，占用空间减小，从而使磁轴承有更广的应用领域。

关键词：磁悬浮轴承（AMB）；DSP；控制系统

Abstract

Active magnetic bearing as a no contact friction, high speed, high control precision of bearing, has important application in high precision and high speed and low speed rotation field.So the design of active magnetic bearing has important significance.

In control, active magnetic bearing control system is an open loop unstable system,which needs to be controlled if you want it stable when it spins. This paper firstly introduces the development of magnetic bearing based on DSP, and introduces the design content of the magnetic bearing system. Then, I make a demand analysis about the design of the system , and make an overall plan of the control system.what’s more, I make the overall scheme of the control system. The design of DSP peripheral circuit system includes power supply circuit, clock circuit, reset circuit, extended memory circuit, JTAG emulation street circuit; The peripheral part includes A/ D converter and D /A conversion module.Lastly,I study the control algorithm based on paratemer PID in software.

Compered with control system based on PC, the active magnetic bearing control system based on DSP is cheaper,and it take less space.These advantages make it apply to Broader areas.

Key words: magnetic suspension bearing (AMB), DSP, control system

目 录

第1章 绪论………………………………………………………………………………1

1.1 选题的目的和意义………………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状…………………………………………………………………2

1.2.1 国外磁悬浮技术的研究现状 ………………………………………………2

1.2.2 国内磁悬浮技术的研状 ……………………………………………………2

1.2.3 DSP的发展现状 ……………………………………………………………3

1.3 设计的基本内容和目标…………………………………………………………3

1.3.1 设计的基本内容和目标……………………………………………………3

1.3.2 系统设计主要解决的问题…………………………………………………3

1.4 本章小结…………………………………………………………………………4

第2章 磁悬浮轴承控制器设计分析……………………………………………………6

2.1 控制器的选择……………………………………………………………………6

2.2 DSP设计分析………………………………………………………………… 6

2.3 设计方案及措施…………………………………………………………………7

2.3.1 磁轴承装置的结构方案 ……………………………………………………7

2.3.2 单自由度磁悬浮轴承的工作原理 …………………………………………7

2.3.3 磁悬浮轴承控制系统硬件设计 ……………………………………………8

2.3.4 磁轴承控制算法设计 ………………………………………………………8

2.4 本章小结…………………………………………………………………………9

第3章 硬件设计 ………………………………………………………………………10

3.1 DSP外围电路设计……………………………………………………………10

3.1.1 电源电路设计 ……………………………………………………………10

3.1.2 系统复位电路设计 ………………………………………………………11

3.1.3 时钟电路设计 ……………………………………………………………12

3.1.4 JTAG仿真接口设计 ………………………………………………………13

3.1.5 外部存储器扩展 …………………………………………………………14

3.2 A/D转换电路设计 ……………………………………………………………16

3.3 D/A转换电路设计 ……………………………………………………………18

3.4 本章小结 ………………………………………………………………………19

第4章 软件设计 ………………………………………………………………………20

4.1 程序流程设计 …………………………………………………………………21

4.2 中断服务子程序控制算法…………………………………………………… 22

4.3 本章小结 ………………………………………………………………………23

参考文献 ………………………………………………………………………………24

致谢 …………………………………………………………………………………… 26

第1章 绪论

1.1 选题目的和意义

在过去2015年，政府提出“中国制造2025”的宏伟构想，未来令人振奋。中国现在具有世界最全面的制造体系，生产各种产品，但在高精尖的产品方面技术不足，自主知识产权较少，在机电产业方面更是如此，因此中国要想成为一个制造强国，需要投入更多设计和研发。轴承在机器运行中起着重要的作用，没有轴承机器便不能运行。同时，轴承的性能也直接影响着机器的性能。轴承的功耗、运行精度直接影响着机器的效率和精度。因此，对轴承的研究和开发具有重要意义。

由于传统的机械接触式的轴承都存在磨损严重、功耗大、精度不太高、需要润滑、使用周期短等缺陷，并且不能提供很高的转速。磁悬浮轴承却基于它的以下特性而被设计者重视：“（1）磁悬浮轴承的转子与定子没有机械接触和摩擦，与机械轴承相比，就不需要润滑，没有磨损，所以使用的周期较长，没有润滑造成的污染，因此它在人工心脏泵、风力发电专职、真空技术等领域有着重要应用；（2）能够满足转子的高速旋转，还避免了机械轴承高速旋转时的大量制热，从而有更广的适用性；（3）超高的控制精度；（4）磁悬浮轴承的控制规律使其具有良好的动态性能，这就使转子在物理极限内具有任何想要的转速和运行状态，使轴承有更广的适用性^[1]”。基于它的这些优点，磁悬浮轴承将在很多领域取代机械式轴承。