硬盤磁力軸承數(shù)字控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、主動磁力軸承(簡稱磁力軸承)是利用電磁力使轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定懸浮的一種新型軸承，將磁力軸承技術(shù)引入到硬盤轉(zhuǎn)子的支承，完全消除了軸承和硬盤轉(zhuǎn)子的機(jī)械接觸，不僅能夠大幅度提高硬盤轉(zhuǎn)速，還使得硬盤具有精度高、振動小、無噪聲等特點(diǎn)，并且為硬盤容量的進(jìn)一步增加提供了可能。 本文首先介紹了磁力軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了磁力軸承系統(tǒng)中電磁力的表達(dá)式，經(jīng)過合理的簡化和假設(shè)，建立了單自由度轉(zhuǎn)子在平衡點(diǎn)附近的數(shù)學(xué)模型，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

2、 開展了磁力軸承控制系統(tǒng)控制算法的研究。首先討論了磁力軸承PID算法和幾種改進(jìn)的PID算法，并對磁力軸承的PID算法和抗積分飽和PID算法進(jìn)行了動態(tài)仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析比較。其次，為進(jìn)一步增強(qiáng)磁力軸承系統(tǒng)的魯棒性，改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)，提出了滑模變結(jié)構(gòu)控制方案，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了等效切換滑模控制和指數(shù)趨近滑?？刂疲煞N控制進(jìn)行了仿真。 在理論分析可行的前提下，根據(jù)硬盤磁力軸承系統(tǒng)對數(shù)字控制器的要求，選用TMS320F281

3、2作為數(shù)字控制器的主控制芯片，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件平臺。重點(diǎn)設(shè)計(jì)了抗混迭濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、串行通信、電源等模塊，并介紹了硬件調(diào)試的方法。給出了控制系統(tǒng)詳細(xì)的軟件流程圖。 最后使用PID控制算法和抗積分飽和PID控制算法在自行設(shè)計(jì)的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)平臺上分別進(jìn)行了懸浮實(shí)驗(yàn)，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行了分析。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比可知：基于該硬件平臺下的抗積分飽和PID控制無論是調(diào)節(jié)時(shí)間還是控制精度都優(yōu)于PID控制，穩(wěn)態(tài)位移誤差為3 μ