磁轴承数字控制系统介绍
磁轴承数字控制系统介绍
二自由度交流混合磁轴承数字控制系统构成1 二自由度交流混合磁轴承控制系统原理图根据二自由度交流混合磁轴承系统的数学模型建立控制系统原理图如图1。
2 控制系统硬件控制系统硬件框图如图2所示，由磁轴承转子系统、DSP 控制器、三相功率驱动电路、位移传感器、接口电路等构成。
DSP 控制器采用TMS320F2812，它是TI 公司最新推出的TMS320C28x系列之一，是目前国际市场上最先进、功能最强大的32位定点DSP 芯片，内含闪存以及高达150MIPS 的信号处理器，专为工业自动化、光学网络及自动化控制等应用而设计。
TMS320F2812最高主频150MHz ，保证了处理信号的快速性和实时性，尤其是在磁悬浮系统的控制中，高速的信号可以提供实时的位置信息，保证控制信号响应的快速性。
两个事件管理器模块为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能，16通道高性能12位ADC 单元提供了两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样，串行口有CAN ，McBSP ，SPI ，2 SCIs ，充分保证了通讯的方便。
为了提高X 和Y 方向位移的测量精度，在每个方向上安装了两个位移传感器进行差动测量。
DSP 的ADC 模块的输入电压范围为0~3V ，因此需将位移传感器检测到的电压信号经过一系列的处理，才可以送入DSP 。
图2中位移接口电路的作用是将电涡流传感器检测到位移信号经过差动放大和偏置调节后转变成幅值在0~3V 之间的电压信号输入到DSP 中进行采样处理。
电流检测电路是用两个霍尔电流传感器检测u 、v 两相电流，并通过采样电阻将电流信息转化为电压信息，并将电压转化到[0，3V]范围内送入DSP 。
ADC图1 二自由度交流混合磁轴承控制原理图图2 控制系统硬件框图模块中ADCINB0和ADCINB1通道用于接收x和y的位移信号，ADCINA0和ADCINA1通道用于接收反馈电流信号。
DSP的事件管理器A输出六路PWM信号经过光耦隔离后驱动IPM中六个功率管的导通与关断，IPM的三路输出直接控制磁轴承的悬浮。
磁悬浮支承系统数字控制器硬件设计
磁悬浮支承系统数字控制器硬件设计摘要: 控制器是磁悬浮支承系统的最关键部件，其性能在很大程度上决定着磁悬浮支承系统的机械和电气方面的性能。
传统的模拟控制器只能实现比较简单的控制算法，在线调整控制参数的能力很弱；而数字控制器可以实现的算法是复杂多样的，且能够根据系统的运行状况，在线调节控制参数，使之达到最佳的控制效果和性能指标。
本文主要介绍数字控制器的构成及主要设计方法。
关键词：磁悬浮，模拟控制器，数字控制器控制器是磁悬浮支承系统的最关键部件，其性能在很大程度上决定着磁悬浮支承系统的机械和电气方面的性能，如：刚度、阻尼、承载力以及响应时间等。
控制器按照控制过程中传输的信号类别可以分为模拟控制器和数字控制器两大类。
由于模拟控制器响应时间短，所以在数字器件不成熟的时期，几乎所有的磁悬浮支承系统控制器都是模拟控制器，它的快速性能可以满足小型磁悬浮支承系统的要求。
但是模拟控制器也存在着不足之处，如只能实现比较简单的控制算法：模拟PD 控制、模拟PID 控制等；在线调整控制参数的能力很弱。
随着数字器件的飞速发展，在磁悬浮支承系统中使用数字技术(指数字器件和开关技术)已是控制器研究领域中的趋势所在[1]。
数字控制器可以实现的算法是复杂多样的，如数字PID 控制、MIMO 控制、H ∞控制、自适应控制、模糊控制等，且能够根据系统的运行状况，在线调节控制参数，使之达到最佳的控制效果和性能指标。
同时，它也为磁轴承智能化的实现奠定了物质基础。
本文将扼要介绍模拟控制器和数字控制器的构成及主要设计方法和技术指标。
1 模拟控制器模拟控制器在磁悬浮支承系统应用中的研究已较为成熟。
为了改善系统的静态特性，目前在磁悬浮支承系统中常用的是PID 控制器。
PID 控制器是由比例环节P 、积分环节I 和微分环节D 组合而成。
在组成过程中，采用不同的结构可以获得不同的模拟PID 控制器。
(a)串联型Ui比例微分积分Uo (c)并联型(a) 串联行(a)串联型Uo（b)串并型比例微分积分UiUo(c)并联型(b)串并行微分积分比例(a)串联型积分微分UiUoUiUo （b)串并型(c)并联型(c)并联行 图1 常用模拟PID 控制器的不同组合结构利用上述三种基本控制环节单元，按照串联和并联的方法，组成常见的PID 控制器结构如图1所示。
电磁轴承
电磁轴承轴承是机械工业特别是回转机械必不可少的基本部件。
现代机械工业的发展在很多工作条件下和特殊的场合中对轴承提出了许多更新、更高的要求，传统的轴承己很难或不能满足这些要求。
这就促进了诸多新型回转支承的研究，电磁轴承便是其中比较成功的一种。
它是利用电磁力使轴承转子稳定悬浮且轴心位置可以由控制系统控制的一种新型轴承，是一种典型的机械电子产品，其研究涉及到机械学、转子动力学、控制理论、信号处理、电磁学、电子学和计算机科学等多学科的知识。
电磁轴承具有诸多传统轴承无法比拟的优点如:无接触、无摩擦磨损、无需润滑、寿命长、刚度阻尼可调等，很好地改善了高速旋转机械的工作条件，拓展了应用领域。
一．电磁轴承的基本原理及应用领域在磁悬浮领域中，应用最广泛的就是主动磁轴承。
图1是一个简单电磁轴承的组成部分及各部分的功能。
传感器检测出转子偏离参考点的位移，控制器由传感器检测的位移信号计算出速度信号，由位移信号和速度信号经过一定的算法进行运算得到控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换为控制电流，控制电流在执行磁铁中改变电磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。
总之，电磁轴承是利用随转子位置变化而变化的电磁场将转子稳定的悬浮在工作点，以实现对转子无接触的稳定支承。
图1电磁轴承基本组成示意图所谓的主动磁轴承是相对于被动磁轴承而言的，它是指电磁轴承系统的刚度、阻尼以及稳定性等轴承参数是由电磁轴承的控制规律决定的。
而且这些参数可在物理极限范围内通过改变控制器参数而进行广泛的变动，亦可根据技术要求进行调节，对于控制器由数字控制系统实现的电磁轴承，甚至可以在工作过程中实现在线调节。
电磁轴承特别适合于高速、真空、超洁净等特殊环境。
在航空航天、超高速超精密加工机床、能源、交通及机器人等高科技领域具有广泛的应用前景。
二．国内外电磁轴承的发展概况磁场和磁场力一直是人们认为比较神秘和感兴趣的一种现象。
人们也很早就想到用磁场将物体悬浮起来，也一直试图利用磁体将轴承转子悬浮起来。
主动磁力轴承鲁棒控制算法研究及其控制系统的设计的开题报告
主动磁力轴承鲁棒控制算法研究及其控制系统的设计的开题报告一、研究背景：随着现代工业技术的不断发展，磁性悬浮技术在机械制造、精密测量和高速传输等方面得到了广泛的应用。
而磁性悬浮技术的核心部分就是磁力轴承，其作用是通过磁场的作用使受力物体悬浮起来，可以有效的减小摩擦、消除振动和延长使用寿命等。
但磁力轴承系统存在着很多问题，例如：控制精度不够高、鲁棒性差、系统复杂度高等。
因此，如何提高磁力轴承的控制精度和鲁棒性是当前磁力轴承技术研究的重要方向。
二、研究内容：本课题的研究内容主要是针对磁力轴承的控制精度和鲁棒性等问题进行研究，具体包括以下几个方面：1. 磁力轴承的建模与分析首先，需要对磁力轴承的结构特点和工作原理进行深入的了解和分析，建立磁力轴承的数学模型，研究其运动特性和控制特性。
2. 鲁棒控制算法的设计与优化针对磁力轴承系统的鲁棒性问题，设计一种适应工程应用的鲁棒控制算法，并通过仿真实验来优化该算法的性能，提高系统的鲁棒性和抗干扰性能。
3. 控制系统的硬件设计为了验证研究成果的可行性和实用性，需要设计一个能够运行鲁棒控制算法的磁力轴承控制系统，包括模拟电路设计、控制芯片选型以及软件编程等方面。
三、研究意义：1. 提高磁力轴承的控制精度和鲁棒性，有助于进一步应用磁力悬浮技术。
2. 磁力轴承的鲁棒控制算法和控制系统的设计对于磁力悬浮技术的发展和应用具有重要意义。
3. 本研究可为现代工业技术的发展提供一定的帮助和支持。
四、研究方法：1. 综合利用数学、电气、力学等学科的知识，深入探究磁力轴承的结构与工作原理。
2. 借助仿真工具对磁力轴承控制系统进行仿真，优化算法的性能。
3. 设计可运行鲁棒控制算法的磁力轴承控制系统，进行实验验证。
五、预期成果：1. 磁力轴承系统的建模与分析。
2. 针对磁力轴承控制系统的鲁棒控制算法设计和优化。
3. 可运行鲁棒控制算法的磁力轴承控制系统硬件设计及实验验证。
4. 在国内外相关学术期刊、会议上发表相关学术论文。
磁轴承系统的分析与控制
Engineering Master Degree Dissertation ofChongqing UniversityThe Control and Analize of MagneticSuspension SystemMaster Degree Candidate: Du Tian XuSupervisor: Prof. Chai YiPluralistic Supervisor: Senior Engineer Xiao Xin Zhong Specialty: Control EngineeringCollege of AutomationChongqing UniversityOctober 2007摘要磁悬浮轴承是一种没有任何机械接触的新型高性能轴承，它从根本上改变了传统的支承形式。
磁轴承在工业控制、超高速、精密加工、航空航天、机器人、能源、交通等高科技领域都有广泛的应用背景。
它具有回转精度高、功耗低、刚度高、寿命长等一系列独特的优点，因此近年来对其研究颇为重视。
磁悬浮轴承技术涉及多个领域，多项技术的交织，研究和开发利用的难度较大，对其研究力度正在进一步加强。
经过30 多年的发展，磁悬浮轴承在国外的应用场合进一步扩大，从应用角度看，在高速旋转和相关高精度的应用场合磁悬浮轴承具有极大的优势并已逐渐成为应用研究的主流。
磁轴承实验系统包括单入单出系统辨识、多入多出系统辨识、经典控制器设计、线性反馈系统、非线性控制综合、多变量控制综合以及自适应控制设计。
本文介绍了电磁轴承的现状及发展趋势，阐述了电磁轴承工作的基本原理和当前的一些控制方法。
在认为水平方向与竖直方向解耦的情况下，利用状态空间法对磁轴承实验系统的数学模型进行分析。
考虑到机理建模时忽略了转子的柔性，传感器、电流放大器以及悬浮力的非线性，所得到的模型是不完全的，利用了系统辨识的办法来研究系统模型。
由于转子的柔性、作用于转子上的电磁力关于位移和控制电流的非线性引起了转子谐振，本文对最大谐振进行了简单的滤波处理。
磁悬浮轴承原理
磁悬浮轴承原理
磁悬浮轴承是一种利用磁场力来支撑和定位旋转轴的新型轴承，它不需要机械接触，可以实现非接触支撑和旋转，因此具有无摩擦、无磨损、无振动、无噪音、高转速、高精度等优点，被广泛应用于高速旋转机械设备中。
磁悬浮轴承的工作原理主要包括磁悬浮力原理、磁力传感器原理和控制系统原理三个方面。
首先，磁悬浮轴承的工作原理之一是磁悬浮力原理。
磁悬浮轴承利用电磁铁或永磁体产生的磁场力来支撑和定位旋转轴，使其悬浮在磁场中。
当旋转轴偏离原定位置时，磁场力会对其产生作用，使其返回原定位置。
磁悬浮力的大小和方向可以通过改变电磁铁或永磁体的电流或磁场强度来控制，从而实现对旋转轴的支撑和定位。
其次，磁悬浮轴承的工作原理还涉及磁力传感器原理。
磁力传感器可以实时监测旋转轴的位置和姿态，将这些信息反馈给控制系统，从而实现对旋转轴的实时控制。
磁力传感器通常采用霍尔效应、磁阻效应、磁感应线圈等原理来测量磁场的变化，将磁场信号转换为电信号，并传输给控制系统进行处理。
最后，磁悬浮轴承的工作原理还包括控制系统原理。
控制系统通过对磁悬浮力和磁力传感器反馈信号的处理，实现对旋转轴的精确控制。
控制系统通常采用PID 控制、模糊控制、神经网络控制等方法，根据旋转轴的实时状态和运行要求，调节磁悬浮力的大小和方向，使旋转轴保持稳定运行。
综上所述，磁悬浮轴承的工作原理主要包括磁悬浮力原理、磁力传感器原理和控制系统原理三个方面。
通过磁悬浮力的支撑和定位、磁力传感器的实时监测和控制系统的精确调节，磁悬浮轴承可以实现对旋转轴的非接触支撑和精确控制，具有广阔的应用前景。
磁悬浮轴承数字控制器故障诊断与处理
磁悬浮轴承数字控制器故障诊断与处理
纪 历 徐龙祥 唐文斌
南京航空航天大学 ,南京 ,210016
摘要 : 对磁悬浮轴承数字控制器的可靠性进行了研究 ,根据磁悬浮轴承数字控制器的特点与结构 , 将其分为 DSP 芯片以及信号输入通道 、 信号输出通道三个部分 ,分析了每个部分可能发生的故障类型 , 针对不同的 故 障 类 型 研 究 了 相 应 的 故 障 诊 断 与 处 理 方 法 , 并 以 美 国 TI 公 司 的 浮 点 DSP 芯 片 TMS320VC33 为核心研制了高可靠磁悬浮轴承数字控制器 。应用该数字控制器在五自由度磁悬浮轴 承系统上进行了可靠性验证试验 ,试验中 ,当转子处于30 000r/ min 的高转速下手动复位 DSP 芯片以模 μs 内判断出故障并切换到备用 DSP 芯片 , 在整个故障处理过程中磁 拟其发生故障 ,控制器能够在 100 悬浮轴承系统保持稳定 。同样 ,在转子处于 30 000 r/ min 的高转速下任意切断单个或多个信号传输通 μs 内判断出故障通道并切换到备用通道 ,且整个切换过程对转子状态没有任何影响 。 道 ,控制器能在 20 关键词 : 磁悬浮轴承 ; 数字控制器 ; 容错技术 ;DSP 中图分类号 : T H133. 3 ; TP271 文章编号 :1004 — 132X ( 2010) 03 — 0289 — 07
图2 高可靠性磁悬浮轴承数字控制器结构框图
2. 1 微处理器故障的诊断及处理方法
针对 DSP 芯片经常出现的程序跑飞现象 ,普 遍采用的方法是设置软件陷阱和运用看门狗监控
磁悬浮轴承数字控制器故障诊断与处理 — — — 纪 历 徐龙祥 唐文斌
磁悬浮轴承数字集成控制器的研究
磁悬浮轴承数字集成控制器的研究赵 静 谢振宇 杨红进 王 晓南京航空航天大学,南京,210016摘要:研制了以数字信号处理器(TM S 320F 28335D S P )为核心的磁悬浮轴承数字集成控制器,取代了一般的位置控制器和部分功率放大器环节,编制了相应的控制算法,采用试验方法研究了该数字集成控制器的静态和动态性能㊂将该数字集成控制器应用于五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统,实现了转子的静态稳定悬浮和高速旋转㊂研究结果表明,采用数字集成化的设计方法,能够优化磁悬浮轴承的电控系统,且具有成本低㊁程序的可移植性强㊁可靠性高㊁体积小等优点㊂关键词:磁悬浮轴承;数字信号处理器;集成控制;控制器;功率放大器中图分类号:T P 273 D O I :10.3969/j .i s s n .1004132X.2015.13.021I n v e s t i g a t i o no nD i g i t a l I n t e g r a t e dC o n t r o l l e r o fA c t i v eM a g n e t i cB e a r i n gs Z h a o J i n g X i eZ h e n y u Y a n g H o n g j i n W a n g Xi a o N a n j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s ,N a n j i n g,210016A b s t r a c t :Ad i g i t a l i n t e g r a t e d c o n t r o l l e r o f a c t i v em a g n e t i c b e a r i n g w a s d e v e l o p e db a s e do nd i gi t a l s i g n a l p r o c e s s o r (TM S 320F 28335D S P ).T h ec o n t r o l l e rc o u l dt a k e t h e p l a c eo f t h e g e n e r a ld i s p l a c e -m e n t c o n t r o l l e r a n d s o m e p a r t s o f t h e p o w e r a m p l i f i e r .T h e c o r r e s p o n d i n g c o n t r o l a l g o r i t h m w a s p r o -g r a mm e d ,a n dt h es t a t i ca n dd y n a m i c p e r f o r m a n c e so ft h ec o n t r o l l e r w e r ei n v e s t i g a t e db y e x p e r i -m e n t s .T h e d i g i t a l i n t e g r a t e d c o n t r o l l e rw a s a l s o i n t r o d u c e d i n t o f i v e d e g r e e ‐o f ‐f r e e d o ma c t i v em a g n e t -i cb e a r i n g f l e x i b l e r o t o r s y s t e m ,a n dt h es y s t e mc o u l do p e r a t ea th i g hr o t a t i o ns p e e d s s a f e l y .T h e r e -s u l t s s h o wt h a td i g i t a l i n t e g r a t e d m e t h o d p o s s e s s e s l o wc o s t ,t r a n s p o r t a b i l i t y ,h i g hr e l i a b i l i t y,s m a l l s i z e ,a n d i sh e l p f u l t oo p t i m i z e t h e p e r f o r m a n c e o f e l e c t r o n i c c o n t r o l s ys t e m.K e y wo r d s :a c t i v em a g n e t i cb e a r i n g ;d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s o r ;i n t e g r a t e dc o n t r o l ;c o n t r o l l e r ;p o w e r a m pl i f i e r 收稿日期:20140807基金项目:国家自然科学基金资助项目(51275238)0 引言磁悬浮轴承(简称磁轴承)是利用电磁铁产生的可控电磁力对转子进行支承以实现其稳定悬浮的㊂同传统机械轴承相比,它具有无机械摩擦㊁无需润滑㊁精度高等优点[1]㊂在高速机床㊁储能飞轮㊁航空航天等领域有着广阔的应用前景㊂磁轴承转子控制系统通常是由位置环和电流环组成的一个双闭环控制系统㊂位置环的主要功能是根据转子位置变化确定电磁铁所需电流值;电流环的主要功能是根据位置控制器运算结果输出电磁铁所需的合适电流,使转子维持在指定悬浮位置[2‐3]㊂位置控制器和功率放大器是磁悬浮电控系统的关键元件,它们的性能和可靠性直接影响到整个系统的静态和动态性能[4‐6]㊂磁悬浮轴承的位置控制器和功率放大器通常有模拟和数字两种类型㊂近年来,随着数字信号处理芯片(如D S P ㊁F P G A ㊁C P L D 等芯片)的广泛应用,电路形式逐步向着数字化㊁小型化及集成化方向发展㊂国内外学者在磁悬浮轴承数字控制系统方面开展了很多研究工作㊂在国内,文献[7]研究了数字功率放大器,采用T M S 320F 2407D S P 芯片作为核心器件,实现电流控制器功能和P WM 波产生功能,可实现转子轴向自由度的稳定悬浮㊂文献[8]研究了基于T M S 320F 2812D S P 芯片的数字功率放大器,系统在空载情况下可稳定加速至40120r /m i n,在此过程中,转子的径向振动小于11μm ㊂文献[9]研究了三电平数字功率放大器,采用T M S 320F 28335D S P 芯片实现电流控制器功能和P WM 波产生功能,并采用F P G A 芯片对P WM 波进行180°移相,系统可实现稳定悬浮㊂文献[10]研究了基于F P G A 芯片的磁悬浮轴承数字集成控制器,该集成控制器包含了位置控制器和部分功率放大器功能,可实现单自由度磁悬浮球的稳定悬浮㊂文献[11]采用C P L D 芯片A C E X 1K 30取代模拟芯片T L 494,实现P WM 波产生功能,以降低功率放大器损耗㊂在国外,文献[12]研究了数字控制器在主动磁悬浮轴承中的应用,实现了磁悬浮转子的稳定悬浮和高速旋转㊂㊃0281㊃中国机械工程第26卷第13期2015年7月上半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.文献[13]将基于F P G A的嵌入式控制器应用于磁悬浮轴承转子系统中,结果表明该控制器具有高转换率㊁高精度等优点㊂文献[14]研制了基于鲁棒控制算法的数字功率放大器,结果表明该功率放大器具有良好的动态性能和抗干扰能力㊂TM S320F28335D S P芯片不仅能实现复杂的控制算法,且具有重要的片内外设E P WM模块,可直接产生驱动功率电路的P WM波㊂因此,笔者选择该芯片作为核心器件,研制了数字集成控制器㊂1 数字集成控制器工作原理本研究中数字集成控制器为五自由度控制器㊂由于转子的振动主要是弯曲振动,故可忽略转子轴向自由度的影响㊂此外,为简化控制策略,转子的径向控制系统可采用2个二自由度多输入/多输出或4个独立的单自由度单输入/单输出控制系统构成[15]㊂本研究将5个自由度分别看成5个独立的单自由度系统㊂图1为单自由度磁悬浮轴承转子系统的工作原理示意图㊂系统主要由转子㊁电磁铁㊁传感器㊁位移控制器和功率放大器组成㊂其工作原理如下:当被悬浮体偏离平衡位置x r e f时,传感器检测到偏离位移信号,并将该位移信号转换为电压信号E送入位置控制器中,位置控制器通过特定的控制算法计算出相应的控制信号,通过功率放大器将该控制信号转化为负载线圈中的控制电流I c,使一个电磁铁中的电流为I0+I c,而相对的另一个电磁铁中电流为I0-I c,从而产生差动电磁力,使转子回到设定的平衡位置㊂其中控制电流I c的正负与规定的转子位移的正负有关[16]㊂在图1中,规定转子位移向上为正,向下为负;当转子向上偏移时,I c为负,反之,I c为正㊂单自由度磁轴承转子系统的工作原理不仅适用于水平放置的转子,同样适用于竖直放置的转子㊂图1 单自由度磁悬浮轴承转子系统工作原理图本文研制的数字集成控制器集成了位置控制器和功率放大器中的电流控制器和P WM波产生等环节,可通过一片D S P芯片来实现,其框图如图2所示㊂图2 磁悬浮轴承数字集成控制器框图选用T M S320F28335D S P作为核心处理芯片㊂其主频为150MH z,1.9V内核供电,3.3V I/O设计㊁内置16个12位模/数转换器(A D C)的通道,具有专门产生P WM波的E P WM 模块,具有集成的W a t c h d o g㊁P L L㊁时钟等电路[17]㊂本文通过对T M S320F28335D S P相应寄存器的编程实现位移环控制㊁电流环控制及驱动电路P WM波产生功能,即仅通过对一片D S P的编程来实现位移控制器和部分功率放大器环节的功能㊂其中位移控制器采用不完全微分P I D控制策略;电流控制器采用抗积分饱和的P I调节,利用D S P中的E P WM模块产生占空比实时变化的P WM波,从而控制磁悬浮轴承负载线圈中的电流大小㊂2 硬件电路的设计2.1 A/D转换调制电路的设计TM S320F28335D S P芯片有内置的A/D模块,转换速度快,可以满足系统的需要㊂在使用D S P的A/D模块对输入信号进行采样时,采样信号里面往往含有多种频率成分的电磁干扰信号㊂因此,本文采用了截止频率为2.84k H z的一阶低通R C滤波器,对采样信号进行滤波处理,以提高系统的信噪比㊂此外,由于A/D模块输入电压为0~3V,根据系统设计需要对其进行电平转换㊂图3为位移采样电平转换和滤波电路,图4为电流采样电平转换和滤波电路㊂2.2 C P U主电路的设计数字集成控制器的主电路主要包括TM S320F28335D S P芯片㊁电源电路㊁复位电路㊁时钟电路㊁J T A G仿真接口电路㊂㊃1281㊃磁悬浮轴承数字集成控制器的研究 赵 静 谢振宇 杨红进等Copyright©博看网. All Rights Reserved.图3位移采样电平转换和滤波电路图4 电流采样电平转换和滤波电路TM S 320F 28335D S P 芯片采用双电源供电(3.3V 的I /O 电压和1.9V 的内核电压)㊂由于该芯片对供电电源很敏感,本系统选用电压精度比较高的电源芯片T P S 76801和T P S 75533分别提供1.9V 和3.3V 电压㊂复位电路的作用是:上电过程中在内核电压与I /O 电压没有达到设定值之前,确保D S P 为复位状态㊂本系统时钟电路的设计是利用D S P 内部所提供的晶体振荡器电路,即在D S P 的X 1和X 2引脚之间连接一个30MH z的无源晶振,由于D S P 内部有一个可编程的锁相环,故用户可以根据系统所需时钟频率来进行编程设计㊂为了提高J T A G 下载口的抗干扰性,在与D S P 相连接的端口处均采用上拉设计㊂2.3 驱动电路的设计当磁悬浮轴承采用差动结构时,五自由度的磁悬浮轴承系统共有10组电磁铁线圈,需要10路独立的P WM 波㊂本文在硬件电路设计中,利用一块TM S 320F 28335D S P 中的5个E P WM 模块来产生驱动半桥换能电路5个自由度所需的10路独立的P WM 波㊂图5为磁悬浮轴承功率放大器原理图,T 1和T 2是相同的P WM 波,以保证上下桥壁功率器件同时导通和关断㊂图5 功率放大器原理图为了隔离强电对弱电的影响,防止半桥电路的干扰通过地线影响到控制电路,本文选用光耦隔离驱动芯片T L P 250驱动半桥换能电路㊂考虑到T L P 250所需要的驱动能力主要是由输入电流决定,其需要的驱动输入电流大于由D S P 芯片产生的P WM 波的驱动电流㊂本文利用74H C T 244芯片来增强P WM 的驱动能力,该芯片将3.3VC MO S 电平转换为5V C MO S 电平,有8路驱动转换通道,供电电源为+5V ㊂3 软件算法的实现由于数字集成控制器取代了位置控制器和部分功率放大器的功能,因此D S P 芯片的软件部分主要用于实现位移的不完全微分P I D 控制算法㊁电流的P I 算法及P WM 波的产生㊂对于磁轴承这样的开环不稳定系统,通常采样频率至少应高出外载荷频率的5倍以上㊂因此本文的A D 内核时钟信号选为1.25MH z ,五自由度A D 采样时间最多约为80n s ,通过调理C o n f i g C p u T i m e r 的参数,设定D S P 的C P U 定时中断的周期为30μs ㊂图6为控制程序的主程序结构图,图7为控制程序的定时中断程序流程图㊂3.1 位置控制器的设计由于实际工业生产过程中系统往往具有非线性㊁时变不确定性㊁难以建立精确数学模型等特点,因此标准P I D在实际应用中不能达到理想的㊃2281㊃中国机械工程第26卷第13期2015年7月上半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图6主程序流程图图7 中断程序流程图控制效果㊂从稳定性的角度出发,微分环节对高频干扰的响应很敏感,存在放大噪声的缺点,本文在微分环节串联上一阶低通滤波环节,以减小高频振荡,并在不完全微分P I D 控制器后串联超前校正环节,构成带超前校正环节的不完全微分P I D 控制器,如图8所示㊂图中,m i 为转子第i 自由度当量质量,k i b 为转子第i 自由度在磁悬浮轴承处的x 位移系数,K s 为位移传感器的传递函数㊂图8 不完全微分P I D控制器结构图位置控制器的传递函数为G c (s )=(K p +K p T is +K p T d s T f s +1)T L s +1αT L s +1(1)式中,K p 为比例系数;T i 为积分时间常数;T d 为微分时间常数;T f 为滤波器系数;α为超前校正角;T L 为超前校正系数㊂为实现数字编程,本文采用一阶向后差分的方法进行离散化处理,得到下面离散化表达式㊂比例通道输出:U p (k )=K p E (k )(2)积分通道输出:U i (k )=K i E (k )+U i (k -1)(3)微分通道输出:U d (k )=K d 1(E (k )-E (k -1))+K d 2U d (k -1)(4)不完全微分P I D 环节总输出为U N (k )=U p (k )+U i (k )+U d (k )(5)带超前校正的不完全微分P I D 总输出为U P I D (k )=U N (k )T L s +1αT L s +1(6)式中,K i 为积分系数;K d 为微分系数㊂3.2 电流控制器的设计3.2.1 P I 调节为防止P I 调节后积分饱和,本文采用抗积分饱和的P I 调节算法,其原理如图9所示㊂图中,K c 为抗积分饱和系数㊂比例调节的作用是消除偏差,提高系统的响应速度;积分调节的作用是消除静态误差,提高系统的稳态精度㊂图9 抗积分饱和P I 调节系统原理图抗积分饱和P I 控制器的控制算法为U e n d (t )=U p (t )+U i (t )U p (t )=K p E (t)U i (t )=K p T i ∫tE (t )d t +K c (U -U e n d üþýïïïï)(7)离散化后得到:U e n d (k )=U p (k )+U i (k )U p (k )=K p E (k)U i (k )=U i (k -1)+K pT T iE (k )+K c (U -U e n d üþýïïïï)(8)在D S P 的P I 程序中,本文是将霍尔电流传感器的反馈信号与固定偏置电流的和作为P I 调节器的反馈信号,将位移控制器的输出信号作为㊃3281㊃磁悬浮轴承数字集成控制器的研究赵 静 谢振宇 杨红进等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.P I调节器的参考信号㊂输出信号为经过P I运算的输出值,将此输出值作为E P WM模块的比较寄存器的值,通过配置E P WM模块产生所需占空比的P WM波㊂3.2.2 P WM波的产生一个E P WM模块可输出两路独立的P WM 信号:E P WM x A和E P WM x B,E P WM模块可产生对称和非对称的P WM波㊂当产生非对称的P WM波形时,定时器设定为连续递增模式,其周期寄存器被赋予一个与所需P WM周期相对应的值㊂在每个周期内, E P WM模块内比较寄存器的值与对应的定时器的值相比较,产生所需占空比的P WM波,如图10所示㊂图10 非对称P WM波形产生原理当E P WM模块产生对称的P WM波形时,定时器设定为连续增减计数模式,此时定时器的周期为P WM开关周期的1/2㊂在每个周期内,定时器先递增再递减,会发生两次比较匹配事件,产生所需占空比的P WM波,如图11所示[18]㊂图11 对称P WM波形产生原理TM S320F28335D S P内部共有6个E P WM 模块,本设计中采用其中5个E P WM模块共产生10路P WM波形,每个E P WM模块配置成单边控制的两路独立的P WM输出,所有的P WM 模块采用同步时钟技术级联在一起㊂考虑到采用非对称的锯齿波作为载波时,电平从高电平向低电平切换时会产生毛刺(即开关管的导通与关断时间不对称,会导致较大电流纹波的产生),因此,本设计中将E P WM模块配置为连续增减计数模式,产生对称的P WM波形,载波工作频率为25k H z㊂4 数字集成控制器的性能设置功率电压为40V,磁悬浮轴承的偏置电流为2.5A㊂在数字集成控制器位移反馈信号输入接口处依次输入直流电压信号,幅值分别为0V㊁1V㊁2V㊁3V㊁4V㊁5V,利用数字万用表测量对应磁轴承负载线圈的输出电流,结果如图12所示㊂由图12可以看出,数字集成控制器的静态输入量与输出量呈线性关系,说明控制器的静态线性度好,同时证明了硬件调理电路及软件换算对应关系的正确性㊂图12 数字集成控制器的静态特性曲线采用信号发生器在数字集成控制器位移反馈信号输入接口处输入峰峰值为0~5V的不同频率的正弦电压信号,采用数字示波器测量对应磁轴承负载线圈的输出电流,通过对比实验,并对所得数据用O r i g i n软件进行处理分析,可得数字集成控制器的相频特性曲线,如图13所示㊂图13 数字集成控制器的相频特性曲线由图13可以看出,当功率电压为40V㊁磁悬浮轴承的偏置电流为2.5A时,数字集成控制器的截止频率为1.35k H z,可以满足系统高速旋转时动态性能的要求㊂5 高速旋转试验将设计的数字集成控制器应用于磁悬浮轴承柔性转子系统㊂系统的机械结构如图14所示㊂其中,每个径向磁轴承组件包括径向磁轴承和差动安装的4个对应的自制的电涡流传感器㊂根据设计参数,转子总长为828mm,径向和轴向磁悬浮轴承单边气隙均为0.25mm,功率电压为40V,五自由度磁悬浮轴承的偏置电流均为2.5A,最高转速为12000r/m i n㊂在电流控制器中,设置P I的比例系数为0.3,积分时间常数为0.5,防积分饱和系数为㊃4281㊃中国机械工程第26卷第13期2015年7月上半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.1.轴向传感器 2.左径向磁悬浮轴承组件 3.系统基座4.轴向磁悬浮轴承 5.电机组件 6.实心组合转子7.右径向磁悬浮轴承组件图14 转子系统机械结构图0.02㊂根据起浮试验和锤击试验,可得到径向磁悬浮轴承的稳定区域如图15所示,轴向磁悬浮轴承的稳定区域如图16所示㊂图15左径向磁悬浮轴承的稳定区域图16 轴向磁悬浮轴承的稳定区域根据控制参数的稳定区域,选取控制参数如表1所示㊂表1 高速旋转试验P I D 的控制参数K pT iT d左径向磁悬浮轴承1.410.7轴向磁悬浮轴承211.2基于以上控制参数,将转子稳定悬浮,并利用内置电机带动转子高速旋转㊂本文采用自制的电涡流传感器作为位移传感器,其通带截止频率为10k H z ,灵敏度为4.843V /mm ,可满足高速旋转电机振动情况的检测㊂在系统运行过程中,转子的振动情况由电涡流传感器实时监测,并通过数字示波器实时显示㊂采用动态信号分析仪H P 35670采集径向自由度及轴向自由度转子的同频振动,分别如图17㊁图18所示㊂图17 转子左径向自由度的同频振动位移曲线图18 转子轴向自由度的同频振动位移曲线由图17可知,在3180r /m i n (53H z)和8700r /m i n (145H z )处转子振动存在两个明显的峰值,对应振幅分别约为9.6μm 和7.4μm ㊂根据已有激振试验结果,可以认为系统已稳定越过前两阶弯曲临界转速[19]㊂由图18可知,在3480r /m i n (58H z)处转子存在明显的峰值,对应振幅为3.8μm ,轴向振幅较小㊂6 结论(1)本文研制的数字集成控制器可取代一般的位移控制器和部分功率放大器环节,产生的P WM 波精度高,电路简单且集成度高㊁成本低㊁程序的可移植性好㊂(2)该数字集成控制器静态输入输出线性度较好,通带截止频率为1.35k H z ,能够满足磁悬浮轴承转子系统高速旋转的需要㊂(3)试验结果表明,该数字集成控制器可实现磁悬浮轴承柔性转子系统的稳定悬浮和高速旋转,系统可安全稳定地越过前两阶弯曲临界转速㊂参考文献:[1] L i u H u ,F a n g J i a n c h e n g ,L i uG a n g .I m pl e m e n t a t i o n o fA c t i v eM a g n e t i cB e a r i n g D i g i t a l C o n t r o l l e r [C ]//S i x t hI n t e r n a t i o n a lS y m po s i u m o nI n s t r u m e n t a t i o n a n d C o n t r o lT ec h n o l o g y .B e l l i n g h a m ,U S A :S P I E ,㊃5281㊃磁悬浮轴承数字集成控制器的研究赵 静 谢振宇 杨红进等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.2006:63851Z.[2] K a n g H O,N aUJ,L e eDD,e t a l.D e s i g na n dC o n-t r o lo fE n e r g y E f f i c i e n t M a g n e t i c B e a r i n g s[C]//T h e I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nC o n t r o l,A u t o m a-t i o na n dS y s t e m s,I C C A S2008.S e o u l,2008:1220‐1223.[3] F a n g J i a n c h e n g,R e nY u a n.S e l f‐a d a p t i v eP h a s e‐l e a dC o m p e n s a t i o n B a s e d o n U n s y mm e t r i c a l C u r r e n tS a m p l i n g R e s i s t a n c eN e t w o r k f o rM a g n e t i cB e a r i n gS w i t c h i n g P o w e rA m p l i f i e r[J].I E E E T r a n s a c t i o n so n I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s,2012,5(2):1218‐1227.[4] C h e nSC,N g u y e nVS,L eD K,e t a l.A N F I SC o n-t r o l l e r f o r a nA c t i v eM a g n e t i c B e a r i n g S y s t e m[C]//2013I E E EI n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o nH y d e r a b a d,F u z z y S y s t e m s(F U Z Z).H y d e r a b a d,2013:1‐8.[5] 谷会东,赵鸿斌,赵雷.电磁轴承功率放大器参数设计[J].机械工程学报,2006,42(2):208‐211.G u H u i d o n g,Z h a o H o n g b i n,Z h a o L e i.P a r a m e t e rD e s i g no fA c t i v eM a g n e t i cB e a r i n g’sP o w e rA m p l i-f i e r[J].C h i n e s eJ o u r n a lo f M e c h n i c a lE ng i n e e r i n g,2006,42(2):208‐211.[6] W u Q i n g h a i,N i W e i,Z h a n g T a o.R e s e a r c h o nD i g i t a lC o n t r o lS y s t e m f o rT h r e e‐d e g r e eF r e e d o mH y b r i d M a g n e t i c B e a r i n g w i t h B i l a t e r a l M a g n e t i cP o l eF a c e s[C]//C o n t r o l a n d D e c i s i o nC o n f e r e n c e.X u z h o u,C h i n a,2010:2893‐2897.[7] 余宇翔,胡业发.磁悬浮主轴数字功率放大器的设计及研究[J].武汉理工大学学报,2005,27(5):230‐233.Y uY u x i a n g,H uY e f a.R e s e a r c ho fD e s i g no fD i g i t a l P o w e r A m p l i f i e rf o r M a g n e t i c L e v i t a t i n g B e a r i n gS y s t e m[J].J o u r n a lo f W u h a n U n i v e r s i t y o fT e c h-n o l o g y,2005,27(5):230‐233.[8] 郑仲桥,姜大军,张建生.一种电磁轴承智能化功率放大器的研究[J].电气技术,2013,32(24):46‐49.Z h e n g Z h o n g q i a o,J i a n g D a j u n,Z h a n g J i a n s h e n g.R e-s e a r c h o n I n t e l l i g e n t P o w e r A m p l i f i e r o f M a g n e t i cB e a r i n g[J].E l e c t r i cT e c h n o l o g y,2013,32(24):46‐49.[9] 常肖,徐龙祥,董继勇.磁悬浮轴承数字功率放大器[J].机械工程学报,2010,46(20):9‐14.C h a n g X i a o,X u L o n g x i a n g,D o n g J i y o n g.D i g i t a lP o w e rA m p l i f i e ro f A c t i v e M a g n e t i c B e a r i n g[J].J o u r n a l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,2010,46(20):9‐14.[10] 金超武,徐龙祥.基于F P G A的磁悬浮轴承电控系统设计[J].江苏大学学报,2011,32(5):578‐582.J i nC h a o w u,X u L o n g x i a n g.E l e c t r i cC o n t r o lS y s-t e m D e s i g no fM a g n e t i cB e a r i n g sB a s e do nF P G A[J].J o u r n a l o f J i a n g s uU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n),2011,32(5):578‐582.[11] 王大鹏,刘刚,房建成.基于C P L D的飞轮磁悬浮轴承低功耗开关功率放大器研究[J].微计算机信息,2005,21(7‐2):142‐144.W a n g D a p e n g,L i uG a n g,F a n g J i a n c h e n g.R e s e a r c ho nS w i t c h i n g P o w e rA m p l i f i e r o fM a g n e t i cB e a r i n gf o rF l y w h e e lB a s e do nC P L D[J].M i c r o‐c o m p u t e rI n f o r m a t i o n,2005,21(7‐2):142‐144.[12] S a b i r i nC R,B i n d e rA.R o t o rL e v i t a t i o nb y A c t i v eM a g n e t i c B e a r i n g U s i n g D i g i t a lS t a t e C o n t r o l l e r[C]//P o w e rE l e c t r o n i c sa n d M o t i o nC o n t r o lC o n-f e r e n c e.P o z n a n,2008:1625‐1632.[13] J a s t r z e b s k iR,P o l l a n e nR,P y r h o n e nO.A n a l y s i s o fS y s t e m A r c h i t e c t u r eo fF P G A‐b a s e d E m b e d d e dC o n t r o l l e r f o rM a g n e t i c a l l y S u s p e n d e dR o t o r[C]//I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n S y s t e m o n C h i p.T a m p e r e,2005:128‐132.[14] H i g u c h i K o h j i,N a k a n o K a z u s h i,A r a k i K u n i y a,e t a l.D e s i g no fa R o b u s tP WM P o w e r A m p l if i e rU s i n g A p p r o x i m a t e T w o‐d e g r e e‐o f‐f r e e d o mI n t e g r a l‐t y p eC o n t r o l[J].E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g i nJ a p a n:2003,86(6):1‐12.[15] 胡业发,周祖德,江征风.磁力轴承的基础理论与应用[M].北京:机械工业出版社,2006. [16] 龙亚文.基于变偏置电流方式的磁悬浮轴承转子系统控制策略研究[D].南京:南京航空航天大学,2012.[17] R e i d l a M,M a r t e n s O,L a n d R.TM S320F28335‐B a s e d H i g h‐a c c u r a c yC o m p l e x N e t w o r k A n a l y z e rI n s t r u m e n t[C]//P r o c e e d i n g o ft h e5t h E u r o p e a nD S PE d u c a t i o na n dR e s e a r c hC o n f e r e n c e.A m s t e r-d a m,2012:44‐47.[18] R a v i n d r a n a t h A d d a,O l i v eR a y,S a n t a n u M i s h r a,e ta l.D S PB a s e dP WM C o n t r o l o f S w i t c h e dB o o s t I n-v e r t e r f o rD C N a n o g r i dA p p l i c a t i o n s[C]//I E C O N2012‐38t h A n n u a lC o n f e r e n c eo nI E E EI n d u s t r i a lE l e c t r o n i c sS o c i e t y,M o n t r e a l Q C,2012:5285‐5290.[19] 谢振宇,牟伟兴,周红凯,等.基于转速的磁悬浮轴承转子系统变参数控制[J].振动工程学报,2012,25(6):739‐744.X i eZ h e n y u,M o u W e i x i n g,Z h o u H o n g k a i,e ta l.V a r i a b l e P a r a m e t e r s C o n t r o lB a s e d o n S p e e d o fM a g n e t i cB e a r i n g S y s t e m[J].J o u r n a l o fV i b r a t i o nE n g i n e e r i n g,2012,25(6):739‐744.(编辑 卢湘帆)作者简介:赵 静,女,1988年生㊂南京航空航天大学机电学院硕士研究生㊂主要研究方向为磁悬浮机电一体化㊂发表论文2篇㊂谢振宇,男,1968年生㊂南京航空航天大学机电学院副教授㊁硕士研究生导师㊂杨红进,男,1990年生㊂南京航空航天大学机电学院硕士研究生㊂王 晓,男,1988年生㊂南京航空航天大学机电学院硕士研究生㊂㊃6281㊃中国机械工程第26卷第13期2015年7月上半月Copyright©博看网. 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磁悬浮轴承--电磁轴承
磁悬浮轴承的分类
按磁场力的来源
电磁铁型
永久磁铁型
电磁铁和永久磁 铁混合型
二、电磁轴承工作原理及数学模型
定义：利用电场力、磁 场力使轴悬浮的滑动轴承。 • 组成：实际使用的电 磁轴承一般由径向轴承、 推力轴承、伺服控制回路、 阻尼器、速度传感器或位 置传感器等组成。 • 分类：根据使轴承悬 浮的力的来源的分类如右 图所示。 •
3.转子系统的故障诊断
（1）.当转子处于磁悬浮状 态但不旋转时 采用振动与测试系统 进行振动测试，并采用自 身的加速度传感器测试转 子处于悬浮状态但不旋转 时的振动规律。根据转子 的三个独立方向的振动频 率和幅值并不相同，但没 有明显差异这个结论，当 测试结果得出的振动特性 与上述结论不同时，即为 转子出现故障。
PCI-1711数据采集模块
PCI一1711工控卡组成框图
（1）. 控制系统中A/D转换器的故障诊断方法：输入标 准模拟信号，检测转换后的数字信号，与理论上的数字信 号进行比较。具体操作过程采用“三点检测法”，所谓 “三点检测法”就是输入的模拟信号分别为最大值(sv)、 中间值(2.5v)和最小值(Ov)，检测相应的12位数字信号。 （2）.D/A转换部分的故障诊断方法是:用程序控制12位 数字量从全“0”依次均匀增大到全“1”，用示波器观察 所产生的模拟信号，应为均匀的锯齿波，从波形不仅可以 看出模拟电压的最大值和最小值，而且还能看出锯齿波在 一个周期内是否是理想直线。
• 优点：电磁轴承因轴与轴承无直接接触，不需润滑，能在 真空中和很宽的温度范围内工作，摩擦阻力小，不受速度 限制（有的转速高达2300万转/分,线速度高达3倍音速）, 使用寿命长,结构可多样化。 • 缺点：静电轴承需要很大的电场强度,应用受到限制，只 能在少数仪表中使用。
基于DSP的主动磁轴承数字控制器的设计与实现
2.3 控制器软件结构
根据采样定理来考虑系统采样周期，针对转子转速为54000rpm设计数字控制器，采样周期T选100μs，满足香农定理。系统中采用内部定时器中断结构，时间常数取十进制1000，保证T=100μs。主程序完成对寄存器初始化，设置中断方式及中断时间常数，四个通道的PID控制系数的计算，然后开中断及等待中断。中断处理程序完成四个自由度独立的PID控制算法参数的采样输入、运算及D/A转换输出过程。在此采样和输出有多种方案，如:①四路A/D同时采样，运算完成后，四路D/A同时输出;②转子两端各两个自由度为一组，即两路A/D同时采样，两路D/A同时输出;③单路分别流水作业。具体采用何种形式，主要取决于所采用的硬件条件，本实验系统中采用流水作业的方式进行编程。系统中A/D和D/A转换时间一次为7μs左右，对一个自由度控制器来说，实现采样、运算处理、输出等一系列活动，60条指令左右即可，包含输入/输出转换时间，完全可以控制在20μs内，所以对四自由度的磁轴承来说，采样周期100μs完全可以满足54000rpm转速的实时采样控制的要求。另外，为了减少系统响应的超调量，使得控制器的性能更为满意，编程时必须同时采用积分分离和遇限削弱积分PID控制思想来综合开发程序[1～4]。
关键词: 磁轴承 控制器 数字信号处理器(DSP) 硬件 软件
主动磁悬浮轴承(简称磁轴承)系统主要由被悬浮物体(即转子)、位移传感器、控制器和功率放大器等组成。位移传感器检测转子偏移参考点(平衡位置)的位移量，控制器将检测到的位移变换成控制信号，功率放大器将控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而使转子维持其悬浮位置不变[1～2]。磁轴承是在转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承，它从根本上改变了传统的支承形式，在能源、交通、超高速超精密加工、航空航天、机器人等高科技领域有着广泛的应用前景[2]。
基于VC33主动磁轴承控制系统的设计
基于VC33主动磁轴承控制系统的设计1尹国华，徐龙祥南京航空航天大学机械设计及理论系，南京（210016）E-mail：yinguohua@摘要：基于美国TI公司推出的浮点DSP芯片TMS320VC33设计了磁悬浮轴承系统的数字控制器，并运用可编程逻辑器件（CPLD）实现了DSP对A/D和D/A的逻辑操作。
采用嵌入式C语言和汇编语言混合编写了磁悬浮轴承数字控制器的PID控制算法。
成功实现了五自由度磁悬浮轴承系统的稳定悬浮。
静态悬浮试验结果表明设计的磁悬浮轴承系统控制器稳定性好、可靠性好、其控制精度达到了预期的效果。
为进一步实现先进的控制算法提供了硬件平台。
关键词：磁悬浮轴承；TMS320VC33；PID控制；稳定悬浮中图分类号：TP332.31．引言磁悬浮轴承是一种利用电磁场力将转子悬浮于空间，不需要任何介质而实现承载的非接触式支承装置，与传统的滚动轴承和滑动轴承相比，磁悬浮轴承明显的特点在于没有机械接触，而且其支承力可控[1]。
由此而具有传统轴承无法比拟的优越性能：由于没有机械摩擦和磨损，所以降低了工作能耗和噪声，延长了使用寿命[2]；动力损失小，便于应用在高速运转场合；由于不需要润滑和密封系统，排除了污染，可应用于真空超净，腐蚀性介质以及极端温度和压力等特殊工作环境[3]。
TMS320C3X是TI推出的第三代产品，也是第一代浮点DSP芯片。
TMS320VC33是最新的一款32位高性能数字信号处理器。
指令周期分13ns和17ns两种，单周期完成32位整数、40位浮点乘法运算，DSP工作在75MHz主频时，其浮点运算能力可达150MFLOPS（Million Floating-Point Operations Per Second[6]。
TMS320信号处理器家族具有特别适合信号处理的硬件结构和指令系统, 而该信号处理器家族的高性能浮点处理器系列TMS320C3X又增加了许多浮点处理功能,因此在信号处理的各个应用领域都得到了广泛应用。
基于FPGA的磁悬浮轴承电控系统设计
基于FPGA的磁悬浮轴承电控系统设计金超武;徐龙祥【摘要】针对模拟或基于DSP的磁悬浮轴承控制器和功率放大器,具有集成度和可靠性低及体积庞大的局限性,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的磁悬浮轴承电控系统.首先应用MATLAB对各部分进行了建模,然后针对各部分参数对其性能的影响进行了仿真研究,最后对基于FPGA的数字功率放大器的纹波与动态特性进行了试验,并将它们应用到磁悬浮球系统中实现了悬浮球的稳定悬浮.结果表明:该数字控制器使磁悬浮球悬浮时的振动量控制在15 μm;设计的数字功率放大器在母线电压为150 V,开关频率为25 kHz,负载线圈电感为40 mH,静态电流为2A时,功率放大器的电流纹波为300 mA,截止频率在350 Hz左右.%To solve the problems of low integration level and reliability of magnetic bearing system controllers and power amplifiers based on analog circuits or DSP, a new type of magnetic electric control system was designed based on the field programmable gate array (FPGA). The control system was modeled by MATLAB to simulate the influences of parameters on system performance. According to the ripple and dynamic characteristics of FPGA digital power amplifier, the new system was applied for magnetic suspension ball system to realize ball suspending. The results show that the vibration magnitude of the ball can be controlled at 15 μm. Under the operating conditions, bus voltage of 150 V, switching frequency of 25 kHz, load coil inductance of 40 mH and static current of 2 A, FPGA-based system can realize stable suspension with power amplifier current ripple of 300 mA and cut-offfrequency of 350 Hz. This new type digital controller can meet the demands of AMB system.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(032)005【总页数】5页(P578-582)【关键词】磁悬浮轴承;现场可编程门阵列;电控系统;功率放大器:控制器【作者】金超武;徐龙祥【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TP271磁悬浮轴承具有无机械摩擦、能耗低、噪声小、寿命长及无污染等优点，在能源交通、机械工业、航空航天、机器人等高科技领域有着广泛的应用前景［1］.由于对单自由度磁悬浮系统(如磁悬浮球)进行研究是研究磁悬浮技术的一个有效方法，是多自由度磁悬浮装置的简化与去耦.控制器和功率放大器是磁悬浮轴承系统的重要组成部分，它们的性能直接影响整个系统的性能.采用模拟电路实现的控制器和功率放大器主要依靠运算放大器等模拟器件实现;采用数字电路实现的控制器和功率放大器则主要依靠数字芯片和软件算法实现.国内很多高校对基于数字信号处理(digital signal processor，简称DSP)芯片的磁悬浮轴承数字电控系统做了研究工作［2-3］，该系统灵活性好，但采用元器件多，硬件结构复杂，集成度低，系统运行可靠性差，不能达到高速或者超高速运行等［4］.F.Krach等对基于现场可编程门阵列 (filed programmable gate array，简称FPGA)的数字控制器和基于DSP的数字控制器进行了比较，列出了基于FPGA的数字控制器在设计流程、执行过程和硬件利用率等方面的优点［5］.文献［6-7］分析了基于FPGA的嵌入式磁悬浮控制器结构形式.国内相关研究主要有文献［8-9］等，但都只是将磁悬浮轴承电控系统中的一部分应用到FPGA中，并未将磁悬浮轴承系统控制器和功率放大器集成到FPGA中.为此，本研究拟设计一种基于FPGA的磁悬浮轴承数字电控系统，将控制器和功率放大器都集成在FPGA中，并应用到磁悬浮球系统中实现悬浮球的稳定悬浮.1 磁悬浮轴承系统工作原理图1为单自由度磁悬浮系统示意图.其工作原理为:当被悬浮体偏离平衡位置时，位移传感器检测出被悬浮体偏离平衡位置的位移，并将此位移信号以电压形式反馈给控制器，控制器通过特定算法计算出相应的控制信号，通过功率放大器将该控制信号转换为控制电压或控制电流，对电磁铁上线圈电流进行主动控制，从而使被悬浮体悬浮在空中.图1 单自由度磁悬浮系统示意图Fig.1 Magnetic suspension system with single-degree-of-freedom图2为单自由度磁悬浮系统的控制框图.由图2可知，整个控制系统即位置环，其主要功能是完成控制算法的实现，使被悬浮体稳定悬浮在指定位置;电流环的主要功能是根据控制电压在电磁铁负载线圈中产生相应的控制电流使电磁铁能产生所需的电磁力.本研究中的磁悬浮电控系统采用FPGA实现磁悬浮控制系统中的位置环控制器，电流环控制器以及脉宽调制(pulse width modulation，简称PWM)产生，其中控制器选用经典的比例积分微分(proportion integral derivative，简称PID)算法，电流控制器选用PI算法，PWM产生选用载波交截方式.通过A/D转换器将电流传感器和位移传感器的模拟信号转换成数字信号送给FPGA进行处理，得到所需PWM波送给隔离电路，从而驱动功率管的开通得到所需电流.图2 单自由度磁悬浮系统控制框图Fig.2 Magnetic suspension control diagram with single-degree-of-freedom2 仿真分析本研究基于Matlab/Simulink，Altera DSP Builder和QuartusⅡ软件工具的开发流程，构成一个自上向下的典型EDA流程.利用Matlab建立模型，并对模型进行系统级的仿真.由于在FPGA中，控制器模块和功率放大器模块采用不同时钟，所以在Matlab中将两模块分别建模和仿真.首先对单自由度磁悬浮系统建模，得到其传递函数.将被悬浮体作为单质点处理，当被悬浮体在Y方向存在向上偏移y时，它所受到电磁铁的吸力为式中:μ0为真空磁导率;A为单个磁截面积;n为电磁铁线圈匝数;i0为线圈偏置电流;y0为被悬浮体平衡位置时气隙;i为由偏移y引起的控制电流分量.写出被悬浮体在Y方向上的运动方程为式中:m为被悬浮体质量.实际情况中，正常悬浮时，被悬浮体处于平衡位置附近，为了简化控制，将式(2)在i=0，y=0时作泰勒展开，并省略二阶以上小量，得对式(3)两边进行拉氏变换，即可得单自由度磁悬浮系统中电流与位移的传递函数:经典的PID算法一般表达式为式中:u为控制器输出;e为位移传感器输出与平衡位置的误差.对式(5)拉氏变换，并用后向差分法进行离散化，得到控制器输出:式中:u(k)为k时刻控制器的输出值;e(k)为k时刻位移传感器输出经A/D转换与平衡位置的误差值;T为采样时间.用Matlab/Simulink中的Altera DSP Builder工具箱实现离散化后的PID算法，并令比例系数P=Kp，积分系数 I=T/Ti，微分系数 D=Td/T.将功率放大器和位移传感器看成一个比例环节，单自由度磁悬浮系统仿真模型如图3所示.图3 基于FPGA数字控制器的磁悬浮球系统模型Fig.3 Magnetic suspensionball system model based on FPGA digital controller改变控制器中P，I，D值，得单自由度磁悬浮系统起伏曲线，如图4所示.图4 不同控制参数时悬浮球的起伏曲线Fig.4 Ball suspension displacementsfor various control parameters图4中曲线为位移传感器输出信号，设定被悬浮体在平衡位置时传感器输出为0.由图4可知，控制器取不同参数时，虽然被悬浮体都能最终稳定悬浮在平衡位置，但磁悬浮系统的动态性能(如超调量，调节时间)是不一样的.如I，D相同时，P越大，超调越大，调节时间短;P，I相同时，D越大，超调越小，调节时间短.通过仿真初步证明了所建立控制器的正确性，并为实际控制器参数选定提供了参考.使用Altera DSP Builder工具箱建立功率放大器中的电流控制器和PWM产生的模型，用Simulink中的SimPowerSystems工具箱建立桥式电路和负载线圈模型，基于FPGA的数字功率放大器模型如图5所示.取电源电压为150 V，负载线圈电阻10 Ω，电感为40 mH，开关管选用绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，简称IGBT).通过仿真可以得到数字功率放大器幅频特性曲线如图6所示.由图6可知设计的数字功率放大器的截止频率在400 Hz左右.功率放大器中负载线圈电压与电流间关系为式中:Ud为功率放大器电源电压;ΔU为功率管压降;L为负载线圈电感;i(t)为负载线圈中的电流;R为负载线圈电阻.图5 基于FPGA的数字功率放大器模型Fig.5 Digital power amplifier model based on FPGA图6 基于FPGA数字功率放大器幅频仿真曲线Fig.6 Amplitude frequency diagram of FPGA digital power amplifier当忽略功率管和负载线圈电阻压降时，电磁铁线圈电流最大变化率为对正弦电流信号ic(t)=I0sin(ωt)，由式(8)知，当时，才可以认为功率放大器能够不失真地跟踪参考信号.而当参考信号的变化率大于功率放大器电流最大变化率时，功率放大器产生的电流波形相对于参考信号就会有相位滞后.将仿真参数代入式(8)，可知功率放大器最大电流变化频率为298 Hz，而截止频率是幅值衰减为-3 dB时的频率，比功率放大器最大电流变化频率要高.仿真得到的功率放大器截止频率不高，这是由于负载线圈的电感值比较大，通过提高电源电压和减小负载线圈电感值，能使功率放大器动态性能得到一定改善.3 试验将在Matlab/Simulink中建立的控制器和功率放大器模型通过Altera DSP Builder中Signal Compiler的编译，生成FPGA所能识别的超高速集成电路硬件描述语言和工具命令语言脚本，即控制器模块和功率放大器模块.通过VHDL语言编程生成A/D采集、模拟地址选择和编码模块、时钟分频模块和控制器参数模块.应用QuartusⅡ软件将各模块连接起来，分配FPGA芯片引脚，编译后通过联合测试行动小组数据线下载到FPGA芯片中运行.首先设定控制器模块输出为0，测试电控系统中功率放大器性能.取功率放大器电源电压150 V，开关管为SKM75GB063D，开关频率25 kHz，负载线圈为磁悬浮球系统的电磁铁线圈.分别对由模拟电路组成的模拟功率放大器和基于FPGA的数字功率放大器电流纹波特性和频率响应特性进行测试.使用同样的光耦隔离驱动电路和开关功率管，只是数字功率放大器的电流控制器和PWM产生是在FPGA 中实现，而模拟的是用模拟电路实现.图7为不同功率放大器的电流波形，下面曲线为模拟功率放大器电流波形，上面曲线为数字功率放大器电流波形.由图7知，2种功率放大器电流纹波大约都为300 mA，说明所设计的基于FPGA数字功率放大器电流纹波特性和模拟功率放大器基本相同.图7 功率放大器电流波形图Fig.7 Current of power amplifier在功率放大器的输入端输入0～1000 Hz的正弦信号，可以测得基于FPGA数字开关功率放大器的幅频特性曲线，如图8所示.由图8可知功率放大器的截止频率为350 Hz，这与仿真结果基本相符.图8 基于FPGA数字功放幅频曲线Fig.8 Amplitude frequency diagram of FPGA digital power amplifier完成各部分测试后，由仿真分析初步得到磁悬浮球的控制参数，并将设计好的程序下载到FPGA中，对磁悬浮球系统进行实时控制，以实现基于FPGA控制下的稳定悬浮.通过调整控制器中P，I，D的参数，使悬浮球能稳定悬浮在指定位置.磁悬浮球稳定悬浮后的位移和电流信号如图9所示.图9 悬浮球悬浮曲线Fig.9 Ball suspension curve因为位移传感器标定为-5～+5 V之间，所以给定悬浮球的平衡位置为0.由图9可知，悬浮球位移传感器输出为0，说明悬浮球稳定悬浮，且此时线圈中的电流为1.6 A左右.4 结论1)基于FPGA的电控系统能实现磁悬浮球的稳定悬浮，并有较好的实时控制性能.2)基于FPGA的数字功率放大器具有和模拟功率放大器一样的纹波特性;其动态特性与仿真结果非常相似，动态特性受功率放大器的母线电压和所带负载影响.参考文献(References)【相关文献】［1］Liu Hu，Fang Jiancheng，Liu Gang.Implementation of active magnetic bearing digital controller［C］∥Proceeding of Sixth International Symposium on Instrumentation and Control Technology.Bellingham， USA:SPIE，2006，doi:10.1117/12.717966.［2］余宇翔，胡业发.磁悬浮主轴数字功率放大器的设计研究［J］.武汉理工大学学报:信息与管理工程版，2005，27(5):230-233.Yu Yuxiang，Hu Yefa.Research and design of digital power amplifier for magnetic levitating bearing system［J］.Journal of Wuhan University of Technology:Information＆ Management Engineering，2005，27(5):230-233.(in Chinese) ［3］尹国华.基于VC33 DSP的磁悬浮轴承系统数字控制器的研究［D］.江苏:南京航空航天大学机电学院，2007.［4］田兆垒，孙玉坤.磁悬浮开关磁阻电机控制系统的FPGA 实现［J］.电测与仪表，2008，45(12):51-55.Tian Zhaolei，Sun Yukun，FPGA Implementation for digital system of bearingless switched reluctance motor［J］.Electrical Measurement＆ Instrumentation，2008，45(12):51-55.(in Chinese)［5］Krach F，Frackelton B，Carletta J，et al.FPGA-based implementation of digital control for magnetic bea-rings［C］∥Proceeding of 2003 American Control Conference.Piscataway:IEEE，2003:1080-1085.［6］Jastrzebski R，Pöllänen R，Pyrhönen O.Analysis of system architecture of FPGA-based embedded controller for magnetically suspended rotor［C］∥ Proceeding of 2005 International Symposium on System-on-chip.Piscataway:IEEE，2005:128-132.［7］Fang Zhengwei，Carletta J E，Veillette R J.A methodology for FPGA-based control implementation［J］.IEEE Transactionson ControlSystemsTechnology，2005，13(6):977-987.［8］Zhang Li，Liu Kun，Chen Xiaofei.FPGA implementation of a three-level power amplifier for magnetic bearings［C］∥Proceeding of the Ninth International Conference on Electronic Measurement＆ Instruments.Piscataway:IEEE Computer Society，2009:455-460.［9］王君.磁悬浮轴承开关功率放大器的研究［D］.济南:山东大学电气工程学院，2008.。
磁悬浮轴承系统的控制设计
磁悬浮轴承系统的控制设计学生姓名沈炯锋指导老师贺红林摘要：磁悬浮轴承（简称磁轴承）是一种新型的支撑部件，是一种典型的机电一体化产品。
与传统轴承相比，它具有无接触、回转速度高、无磨损等特点,在航空航天、机械工程、机器人等高科技领域内，具有广泛的应用前景。
磁轴承的工作性能主要取决于其控制系统的好坏。
因此，本文着重地研究了磁轴承的控制系统的设计问题。
通过对磁轴承的发展历史和研究现状进行总结和回顾，论文首先简要地介绍了磁轴承的工作原理及其典型结构；然后，根据磁学和动力学的有关理论建立起了单自由度向心磁轴承的运动方程模型；紧接着，文中提出并研究了磁轴承闭环控制系统的结构方案；为了保证磁轴承工作的性能，文中引入了不完全微分的PID算法对其进行控制，同时还以MATLAB为工具对PID控制器的参数进行了整定；为了检验控制实施后磁轴承的性能,本文还从时域和频域等多方面对系统进行了仿真，结果表明，基于PID控制的磁轴承系统能获得预期的性能；在论文的最后，作者对全文进行了总结，并对进一步的研究工作进行了展望。
关键词：磁轴承系统 PID算法控制设计性能仿真指导老师签名：A design of control system on magnetic bea r ingsPrepared by: Shen JiongfengSupervisor: He HonglinAbstract:As a new kind of supporting components and a typical metronics product, magnetic bearings have many advantages such as no contact, high speed, and no abrasion etc. Magnetic bearings can be applied in many fields such as aviation and spaceflight , mechanical engineering and robot . The performance of control system is the key for the magnetic bearings to work steadily, so, the most important work in this paper is to design a steady control system.By the review of the history and the development of the magnetic bearings, the work principle and typical structure of such a bearing is introduced firstly; and then, based on magnetism and dynamics the kinematical equation of the bearing is built; after that, a control structure using PID law is proposed and studied. At the same time, the controller parameter is given; for verifying the performance of magnetic bearing with PID controller, the control system is analyzed by MATLAB in many aspects such as time domain and frequency domain. The result indicated that the magnetic bearings, which based on PID control, could acquire anticipant performance. Finally, the summary of this paper and the vista of further study are given by the author.Key words: magnetic bearings PID law design of controller simulation The signature of supervisor:目录1、绪论 (1)1.1、磁悬浮轴承简介 (1)1.2、磁悬浮轴承的基本原理 (2)1.3、磁悬浮轴承的研究现状与发展 (3)1.4、论文的主要工作 (6)2、磁悬浮轴承机械系统的设计 (8)2.1、磁悬浮轴承的结构及材料 (8)2.2、磁悬浮轴承系统的结构布置形式 (8)2.3、电磁铁的设计 (9)2.4、初始参数的选择 (11)3、磁悬浮轴承动力学模型的建立 (13)3.1、单自由度转子的数学模型 (13)3.2、转子的位移方程 (14)4、控制系统分析 (16)4.1、控制系统概述 (16)4.2、控制系统方框图 (18)4.3、传感器 (19)4.4、功率放大器 (20)4.4.1、线性功放 (21)4.4.2、开关功放 (21)4.5、控制器 (22)4.5.1、系统校正的概念 (22)4.5.2、校正的分类 (22)4.5.3、PID控制器 (23)5、控制系统的设计 (27)5.1、控制策略的选择 (27)5.2、控制系统主要元器件参数选择 (28)5.3、控制系统的性能指标 (29)5.4、控制系统仿真工具简介 (30)5.4.1、MATLAB介绍 (31)5.4.2、SIMULINK3.0 (32)5.5、控制器参数整定及仿真分析 (33)5.5.1、动态特性参数法（Ziegler-Nichols整定公式） (33)5.5.2、基于SIMULINK的仿真 (37)5.5.3、结果分析 (45)6、总结与展望 (47)致谢 (48)参考文献 (49)1、绪论1.1 磁悬浮轴承简介现代机械工程都在朝着信息化、自动化、智能化发展，近几十年的发展表明，在现代机械工程领域里，几乎所有有生命力、有发展前途、有较大影响的新技术、新工艺和新生科研方向都集中在机电一体化（mechantronics）领域。
磁力轴承控制系统任务调度算法研究
机 械 与控制 系统 的设 计方 面 ， 涉及 系统 检测 的报 道
还很 少． 献［ ］ 文 ２ 研究 磁 力 轴 承 刚度 与结 构 参 数 的 关系 ， 这是 结构设 计 中必 须关 注 的问题 ， 献［ ］ 文 ３ 提
务 ， 明显 异 常处 理 是 硬 实 时 任 务 ， 须 在 截 止 期 很 必
法 ， 且不 断 出现各 种 新 的或 改 进 的控 制算 法 ， 并 文
献［］ ４ 则探讨 磁 力轴 承 传 感 器 故 障 检 测 方 法． 力 磁
轴 承 是一个 高度 自动 化 的机 电系统 系统 的 自动 检
出具有 平衡 补偿 能 力 的 模糊 反馈 控 制 系统 设 计 方
＊１ Ｏ通道 数据 采集 与 处理
＊１ Ｏ通道 数字 ＰＤ控 制 Ｉ ＊ 系统 自测试 与故 障检 测 ＊ 异 常处理 ， 即修复故 障
这些任 务 中有 周 期 性 任 务 （ 数 据 采 集 ） 如 和非 周 期 性任务 （ 故 障处 理） 大 多数 任务 具有 时间关 如 ， 键 性 （ ｉ ｒ ｉａ） 但 非 时 间 关 键 性 任 务 也 存 Ｔ ｍｅＣ ｉｃ １ ， ｔ 在， 如： 例 系统 在检 测 电路 时可 以没 有 一 个 确 定 的 截 止期 ． 磁力 轴 承 控 制 系 统 中 ， 实 时 任 务 和非 在 有 实 时 任务 ， 实时任 务 中有 硬实 时 任务 和 软实 时任 在
承 协议 有时 会 导 致 死 锁 ， 而 提 出优 先 级 顶 （ ｒ 因 Ｐｉ －
的 ， 如 只有 当数 据 采 集 完 成 后 才 能 进 行 数 据 处 例
磁悬浮原理及控制
magnetic suspension technique本文介绍磁悬浮主轴系统的组成及工作原理，提出了一种在常规PID基础上的智能PID控制器的新型数字控制器设计。
其核心部件是TI公司的TMS320LF2407A，设计了五自由度磁悬浮主轴系统的硬件总体框图。
用C2000作为开发平台，设计在常规PID基础上的智能PID控制器。
理论分析结果表明：这种智能PID控制器能实现更好控制效果，达到更高的控制精度要求。
1 引言主动磁悬浮轴承(AMB，以下简称磁轴承)是集众多门学科于一体的，最能体现机电一体化的产品。
磁悬浮轴承与传统的轴承相比具有以下优点：无接触、无摩擦、高速度、高精度。
传统轴承使用时间长后，磨损严重，必须更换，对油润滑的轴承使用寿命会延长、但时间久了不可避免会出现漏油情况，对环境造成影响，这一点对磁悬浮轴承就可以避免，它可以说是一种环保型的产品。
而且磁轴承不仅具有研究意义，还具有很广阔的应用空间：航空航天、交通、医疗、机械加工等领域。
国外已有不少应用实例。
磁悬浮轴承系统是由以下五部分组成：控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器。
其中最为关键的部件就是控制器。
控制器的性能基本上决定了整个磁悬浮轴承系统的性能。
控制器的控制规律决定了磁轴承系统的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性。
控制器又分为两种：模拟控制器和数字控制器。
虽然国内目前广泛采用的模拟控制器虽然在一定程度上满足了系统的稳定性，但模拟控制器与数字控制器相比有以下不足：(一)调节不方便、(二)难以实现复杂的控制、(三)不能同时实现两个及两个以上自由度的控制、(四)互换性差，即不同的磁悬浮轴承必须有相对应的控制器、(五)功耗大、体积大等。
磁轴承要得到广泛的应用，模拟控制器的在线调节性能差不能不说是其原因之一，因此，数字化方向是磁轴承的发展趋势。
同时，要实现磁轴承系统的智能化，显然模拟控制器是难以满足这方面的要求。
因此从提高磁轴承性能、可靠性、增强控制器的柔性和减小体积、功耗和今后往网络化、智能化方向发展等角度，必须实现控制器数字化。
轴承 数字化-概述说明以及解释
轴承数字化-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容应该是对轴承数字化的概况进行简要介绍，以下是一种可能的编写方式：1.1 概述随着科技的不断发展和智能制造的兴起，传统工业行业正面临着数字化转型的势在必行。
作为传动系统的核心元件，轴承在工业生产中扮演着重要的角色。
为了提高生产效率、降低成本并减少故障率，轴承数字化已成为当前轴承行业的趋势。
轴承数字化是指将轴承的相关数据、信息和功能进行数字化处理，使其能够与智能制造系统和物联网平台进行连接和交互。
通过采集、传输和分析轴承的运行数据，可以实现对轴承状态的实时监测、诊断和预测，从而提高轴承的可靠性和使用寿命。
本文将分析轴承数字化的背景、意义和应用。
首先，介绍轴承数字化发展的背景，包括数字化转型的需求和科技发展的推动力。
其次，探讨轴承数字化的意义，包括提高生产效率、降低成本和优化维护管理等方面的重要作用。
最后，阐述轴承数字化在各个行业中的应用案例，包括制造业、航空航天、能源等领域，以展示其广泛的应用前景。
通过对轴承数字化进行深入分析，我们可以更好地理解其在工业领域中的重要性和潜力。
随着数字技术的不断创新和进步，轴承数字化的发展前景令人充满期待。
在本文的后续内容中，我们将详细阐述轴承数字化的背景、意义和应用，以及它对轴承行业带来的影响和未来的发展趋势。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述和分析：第一部分是引言，主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中，我们简要介绍了轴承数字化的背景和意义，以引发读者对该领域的兴趣。
文章结构部分则清晰地列出了本文的章节和内容安排，以帮助读者了解全文的脉络。
最后，我们明确了本文的目的，即深入探讨轴承数字化在不同方面的应用和其对轴承行业的影响。
第二部分是正文，将围绕轴承数字化的背景、意义和应用展开。
首先，我们将介绍轴承数字化的背景，探讨数字化技术在工业领域的普及和发展趋势，为读者提供了解轴承数字化的背景知识。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。