磁懸浮試車架模擬控制板調(diào)試方法

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1、.磁懸浮試車架模擬控制板的調(diào)試方法內(nèi)容提要磁懸浮技術是一門涉及機械工程、力學、電磁技術、電子技術、控制工程和計算機技術的綜合技術，在許多領域得到廣泛應用。電磁軸承是磁懸浮技術的典型應用，具有無接觸、無摩擦、無磨損、可控制等優(yōu)點，將電磁軸承應用于固體發(fā)動機試驗系統(tǒng)，可以解決接觸式支承不可避免的軸向力傳遞過程中的力損耗問題，從而可提高軸向推力測量的精度和試驗架的動態(tài)響應，為固體發(fā)動機試驗的參數(shù)測量提供新的技術途徑。電磁軸承的控制技術是磁懸浮技術應用于固體火箭發(fā)動機地面試驗的關鍵技術之一，其控制器的設計、調(diào)試是整個項目的關鍵環(huán)節(jié)。本文主要介紹了磁懸浮試車架模擬控制板的調(diào)試技術。根據(jù)

2、電路調(diào)試原理，將原理樣機模擬控制板電路劃分為七個單元電路，對電路逐個進行了理論分析，數(shù)字仿真；對單元電路設計了測試方案，獲得了實測的電路數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行了處理，對理論模型進行了修正，得到了單元電路的精確模型；設計了開環(huán)調(diào)試方案，組建了開環(huán)調(diào)試系統(tǒng)；進行了開環(huán)調(diào)試，根據(jù)控制目標，更換了部分元器件，使模擬控制電路達到了性能指標要求。2005年6月1日完成了實物試驗，達到了控制目標。說明了測試過程中得到的單元電路模型是正確的，開環(huán)調(diào)試方法是可行的，建立了一種磁懸浮試車架模擬控制板的離線調(diào)試方法，為以后相關型號固體發(fā)動機地面熱試車系統(tǒng)提供了快速調(diào)試方法。...1概述由于磁懸浮技術的無

3、接觸、無摩擦、可控制的優(yōu)點，806所近年來密切關注此項技術的最新發(fā)展并將磁懸浮試車架應用于地面試驗中。磁懸浮試車架的工作原理是通過電磁軸承產(chǎn)生電磁力克服發(fā)動機的重力和外界干擾力。磁懸浮試車架控制系統(tǒng)的功能是測量發(fā)動機的軸線徑向位移，并與軸線指定位置比較獲得位移偏差信號，調(diào)節(jié)供給電磁軸承的電流形成可控電磁力，使發(fā)動機起浮并穩(wěn)定到指定位置。由此看來，控制器的設計、調(diào)試方法是整個項目研制的關鍵環(huán)節(jié)。806所于2004年引進了磁懸浮試驗架原理樣機，并提出了形成設計能力的目標。很快仿制了模擬控制板，在第一次調(diào)試試驗中基本實現(xiàn)了發(fā)動機的起浮但出現(xiàn)了發(fā)動機的振動現(xiàn)象。針對此問題，要求獲得模

4、擬控制板的性能數(shù)據(jù)，并完成模擬控制板的性能調(diào)試，實現(xiàn)發(fā)動機的穩(wěn)定懸浮，經(jīng)過3個月的緊張工作，基本獲得控制板各電路的性能參數(shù)，建立了電路的精確模型，摸索出一套開環(huán)調(diào)試方法。2電路板調(diào)試原理電路分析與模塊分解電路仿真與模塊仿真電路元器件及連線檢查電路板動、靜態(tài)測試全系統(tǒng)性能調(diào)試圖1電路板調(diào)試步驟模擬控制板電路的調(diào)試借鑒了一般電路板測試方法，借助EWB電路仿真軟件、MATLAB仿真軟件分析各單元電路，進行了元器件檢查，完成了開環(huán)靜、動態(tài)調(diào)試，最后進行了全系統(tǒng)調(diào)試。電路板調(diào)試步驟如圖1。圖1模擬控制板調(diào)試步驟...3PID模擬控制板的調(diào)試3．1單元電路分析單元電路分解的目標是為了獲取

5、系統(tǒng)模型及性能參數(shù)。調(diào)試過程將整個電路分為位移調(diào)理電路（調(diào)零和二階濾波電路）、電流調(diào)理電路、PID電路、限幅及正反向電路、脈寬調(diào)制電路（由TL494組成）、IGBT驅(qū)動電路（由EXB841電路組成）及電源（±12V，±15V、4路20V）等部分，如圖2所示。圖2電路原理圖圖2電路原理圖在單元電路分析過程中，對各單元電路分析其原理，計算其相關參數(shù)，建立相應的數(shù)學模型，并分析了各個電路的功能。各個電路分析如下：1）電源電路模擬控制板上的電源電路包括±12V，±15V，20V輸出。其中+12V電源主要提供參考電壓，給位移調(diào)零電路提供獨立電壓，并在過流保護中應用，±15V電源給控制板

6、上各電路芯片供電，20V電源給IGBT驅(qū)動電路的EXB841芯片供電。電源電路原理基本相同，不同電源輸出時器件略有調(diào)整。2）位移調(diào)理電路...傳感器信號調(diào)理電路包括調(diào)零電路和濾波電路。調(diào)零電路功能是將測量位移信號與指定位移信號比較獲得位移誤差信號，濾波電路功能是對位移傳感器信號進行濾波，提高測量信號質(zhì)量。濾波器選定切比雪夫濾波器，其放大倍數(shù)為-1，固有角頻率為3.1K。電路原理圖如圖3所示。調(diào)零電路數(shù)學模型為：濾波器數(shù)學模型為：圖3位移調(diào)理電路原理圖3）電流調(diào)理電路電磁軸承由兩組線圈組成，采用調(diào)節(jié)電流來獲得可變電磁力，從而控制發(fā)動機位置，因此需要對兩路電流進行測量并要對信號濾

7、波。分析電路得到放大倍數(shù)為-333倍，濾波器截止角頻率為500。單元電路由信號放大和濾波電路組成，其電路原理圖如圖4所示。數(shù)學模型為圖4電流調(diào)理電路4）PID電路...磁懸浮控制器采用了成熟的比例-積分-微分（PID）控制模式，采用比例環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)剛度，微分環(huán)節(jié)增加系統(tǒng)阻尼，積分環(huán)節(jié)消除穩(wěn)態(tài)誤差，因此采用了PID電路，其輸入為位移偏差信號，并進行PID變換調(diào)節(jié)電流信號，達到通過改變偏置電流大小調(diào)節(jié)發(fā)動機的位置達到穩(wěn)定懸浮和抗干擾的目的。常用PID的調(diào)節(jié)電路可有單運放PID電路，串并聯(lián)PID電路，全并聯(lián)P