基于FPGA的磁浮轴承控制系统研究

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基于FPGA的磁浮轴承控制系统研究

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　　磁浮轴承(Magnetic Bearing)是以磁性力完全非接触式支持旋转体的轴承，其广义上的定义是可支持直线运动物体的轴承及局部有机械性接触的轴承。其作用原理是借磁场感应产生的磁浮力来抵抗重力场及转轴运动时产生的作用力，将转轴悬浮起来，使得转子与轴承不互相接触。

  c+ F! Y, O) t; H7 E8 h0 u& w　1 磁轴承控制系统

3 N7 G0 `+ I6 H9 x, h8 b　　磁轴承控制系统的研究一直是磁轴承技术研究的热点和难点，磁轴承控制系统一般包括无接触的位移传感器、功率放大器、控制器和电磁激励器(即电磁线圈和转轴)四部分。本文研究的立式磁悬浮轴承结构如图1所示。对于立式结构的电机系统来讲，轴向轴承主要承载的是转子本身的自重，属于单方向静态载荷，而其动态载荷相对较小，所以可采用单边工作方式的圆盘电磁铁系统。而径向轴承无静态载荷，但需要承担双向的动态载荷，因此，可以在每个自由度上设计两个电磁铁来进行差动控制，以使其产生正向力和负向力来满足动态载荷的双向变化要求。
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$ P; u, m( `+ O3 m8 p　　由于控制算法往往较为复杂，在磁轴承的控制器设计上，一般都采用数字控制方法，即建立基于DSP(Digital Signal Processor)的控制平台。然而，随着微电子技术的发展，FPGA(Field Programmable Gate Array，即现场可编辑门阵列)以其性能好、规模大、可重复编程、开发投资小等优点，正逐渐成为各种电子产品不可或缺的重要部件。其高性能的并行性、定制化、灵活性和高性价比等特性正使得FPGA可编程门阵列器件成为实现高性能数字信号处理和数字系统控制的首选器件之一。

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