基于DSP的磁悬浮数字功率放大器的研究

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磁悬浮技术就是将导磁物体在电磁力的驱动下无接触悬浮的高新技术,由于不存在因传统机械接触而产生的各种摩擦和损耗,磁悬浮技术具有相当高的应用价值与应用前景。目前为止,磁悬浮技术的应用包括:磁悬浮轴承、磁悬浮心脏泵、磁悬浮列车与磁悬浮风力发电机等,本文重点介绍了磁悬浮列车本和磁悬浮轴承的原理。文对磁悬浮技术的发展现状进行综述,研究设计了一套磁悬浮数字功放控制器,并在CCS开发环境下对系统各部分进行软件编译和调试,达到了良好的控制目标。本文主要完成对三电平脉宽调制开关功率放大器的研究,功率放大器作为整个系统的执行机构,其输出的电流信号将直接决定整体系统悬浮的成败,功放的性能也在很大程度上代表了整体系统的性能。综上所述,功放在整体系统中起到至关重要的作用。论文首先简单地介绍了功放的工作原理,分别阐述了三电平开关功放和两电平开关功放的工作原理,分析了三电平功放的电流纹波、电流及控制力响应速度问题,研究出了影响三电平功放上述特性的重要因素,证明了三电平功放拥有优越的特性。本文设计了针对本实验的三电平PWM开关功放的硬件部分,对功放的输出电流采取傅里叶分解,并用Simulink软件对三电平开关功放进行仿真与分析。本篇论文完成了对模拟电压信号的采集、转换、数字滤波和矫正等工作,并分别进行了研究。使用高精度一体化电涡流传感器完成数据的测量与采集,然后把模拟信号送进数字芯片DSP处理器中的ADC模数转换模块完成模/数转换;针对采样到的模拟信号中出现的干扰和噪声,本文采用数字滤波的方法滤除,并分别介绍了两种数字滤波器的原理并完成仿真;考虑到数字芯片中的ADC转换器本身存在偏移误差和增益误差,本论文专门设计了软件矫正的方法,对信号精度的提高起到很大帮助。本文从硬件和软件两方面完成磁悬浮数字控制系统的设计,使用脉宽调制与全桥功放的电路结构,并设计出以DSP为控制核心的软件控制方案。将采样信号送入DSP中,产生占空比可变PWM波驱动电磁线圈,完成对四路数字功放的控制;论文介绍了使用EV模块调制产生PWM波的原理与方法,详细阐述了配置寄存器的步骤;之后,在CCS4.0环境下完成整体系统的软件编译和调试工作。最后,使用MATLAB软件对系统进行建模与仿真,设计了功放实验,给出仿真结果和实际测量的功放跟随曲线;完成磁悬浮系统的悬浮实验,通过观察启浮和稳定悬浮时的波形,验证了系统的可行性和稳定性。
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