基于PCI总线的磁悬浮轴承控制系统研究

论文摘要

文中详细分析比较了用于主动磁悬浮轴承的PC机控制系统和DSP控制系统各自的优缺点和适用场合,分析结果表明:在研究阶段采用PC机控制系统比采用DSP控制系统更利于各种先进控制算法的开发。文中在此基础上研制了由PCI数据采集和控制卡和PC机构成的基于PCI总线的主动磁悬浮轴承控制系统。PCI数据采集和控制卡采用DSP2812作为其控制器件,采用PCI9052实现其与PC机的数据传输和逻辑通信,并应用C语言编写了PCI卡的控制程序。该卡具有AD采样,转速测量和DA输出三种功能。文中在DOS操作系统上移植了μC/OS-II实时多任务内核,并应用C语言编写了PC机的控制程序,实现了主动磁悬浮轴承的实时多任务控制。文中采用该控制系统在一个五自由度主动磁悬浮轴承试验台进行了试验研究,运用超前校正不完全微分PID控制算法,成功实现了主动磁悬浮轴承转子的静态悬浮和24000r/min的高速旋转试验。试验结果表明:本文研制的基于PCI总线的主动磁悬浮轴承控制系统稳定性好、可靠性高、使用简单,为开发先进的主动磁悬浮轴承控制算法提供了一个良好的软硬件平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 磁悬浮轴承介绍
• 1.1.1 磁悬浮轴承的技术特点
• 1.1.2 磁悬浮轴承国内外研究现状
• 1.1.3 磁悬浮轴承控制器的研究现状及发展趋势
• 1.2 课题研究的主要工作及内容安排
• 1.2.1 课题研究的背景及意义
• 1.2.2 课题研究的主要工作
• 1.2.3 课题研究的内容安排
• 第二章 磁悬浮轴承的工作原理及PCI 总线控制系统总体架构
• 2.1 磁悬浮轴承的组成及工作原理
• 2.1.1 单自由度磁悬浮轴承的工作原理
• 2.1.2 五自由度磁悬浮轴承的组成
• 2.2 PC 机控制系统与DSP 控制系统的比较
• 2.2.1 PC 机控制系统与DSP 控制系统各自的优缺点
• 2.2.2 选择PC 机控制系统的原因
• 2.3 PC 机控制系统的组成
• 2.3.1 PC 机控制系统接口电路的选择
• 2.3.2 基于PCI 总线控制系统的总体架构
• 2.4 本章小结
• 第三章 PCI 数据采集和控制卡的软硬件研制
• 3.1 PCI 数据采集和控制卡的具体方案
• 3.2 DSP 控制模块的实现
• 3.2.1 DSP 芯片的对比与选择
• 3.2.2 DSP2812 控制电路的硬件实现
• 3.2.3 DSP 控制程序总体框图
• 3.3 AD 采样模块的实现
• 3.3.1 AD 采样前置电路研制
• 3.3.2 限幅电路研制
• 3.3.3 AD 采样模块设计
• 3.3.4 AD 采样模块程序编写
• 3.4 转速测量模块的实现
• 3.4.1 转速测量的原理及硬件研制
• 3.4.2 转速测量模块程序编写
• 3.5 DA 输出模块的实现
• 3.5.1 DA 芯片的对比与选择
• 3.5.2 DA 输出后置电路研制
• 3.5.3 DA 输出模块程序编写
• 3.6 PCI 接口电路的研制
• 3.6.1 PCI 接口芯片的对比与选择
• 3.6.2 PCI9052 接口电路设计
• 3.6.3 PCI9052 寄存器的配置
• 3.7 PCI 数据采集和控制卡的电源和地模块设计
• 3.7.1 电源模块设计
• 3.7.2 地模块设计
• 3.8 PCI 数据采集和控制卡的实现
• 3.9 本章小结
• 第四章 PC 机控制软件的研制
• 4.1 操作系统的选择
• 4.1.1 操作系统的实时性
• 4.1.2 操作系统多任务特性
• 4.2 PC 机控制程序的编写
• 4.3 PCI BIOS 函数的软件接口
• 4.3.1 PCI BIOS 的存在性
• 4.3.2 PCI 设备检测
• 4.3.3 配置空间的访问
• 4.4 超前校正不完全微分PID 控制算法简介
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统调试及试验结果
• 5.1 PCI 数据采集和控制卡的硬件调试
• 5.1.1 AD 采样前置电路的调试
• 5.1.2 转速测量模块的调试
• 5.1.3 DA 输出模块的调试
• 5.2 PCI 数据采集和控制卡和PC 机的软件调试
• 5.2.1 CPLD 控制程序的调试
• 5.2.2 DSP 控制程序的调试
• 5.2.3 PC 机控制程序的调试
• 5.3 试验及结果
• 5.3.1 系统的联合调试
• 5.3.2 静态悬浮试验
• 5.3.3 高速旋转试验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题所做主要工作总结
• 6.2 对下一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文