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研究生： 吳韋德
Wei-Te Wu
論文名稱： 五軸磁浮軸承解耦演算與陷波濾波之控制研究
指導教授： 董必正
Pi-Cheng Tung
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年： 2018
畢業學年度： 106
語文別： 中文
論文頁數： 146
中文關鍵詞： 主動式磁浮軸承 、MIMO系統 、解耦演算法 、通用型陷波濾波器
外文關鍵詞： active magnetic bearing, MIMO system, decouple algorithm, generalized notch filter
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    • 本論文主旨為開發解耦演算法之控制器，使其應用於五軸主動式磁浮軸承系統。模擬方面，考慮多輸入多輸出(MIMO)之磁浮軸承質心系統，利用程式對解耦演算法及通用型陷波濾波器進行模擬，並設置系統鑑別之相關步驟，以驗證所撰寫程式之正確性。
    實驗方面，以數位訊號處理器TMS320F28335為系統控制核心，並使用Code Composer Studio軟體做為編譯開發環境，將控制演算法導入磁浮軸承系統，用以實現轉子質心平移x、y及轉動θx、θy之解耦合並對陀螺效應進行補償。後續再利用變頻器使磁浮軸承運轉至命令轉速，導入通用型陷波濾波器，降低磁浮軸承系統之震動量。

    The main purpose of this thesis is to develop a controller for decoupling algorithm, which is applied to the five-axis active magnetic bearing system.
    In the part of simulation, we consider MIMO system of the active magnetic bearing system to develop decouple algorithm, design a generalized notch filter, and set up the steps of system identification. By this way, we can verify the correctness of codes.
    In the part of the experiment, the digital signal processor TMS320F28335 is used as the core processor, and the software Code Composer Studio is used as the compiler development environment. By this decouple controller, the translation motion x, y and the tilting motion θx, θy of the rotor can be decoupled and the gyroscopic effect can be compensated. Then the rotor is levitated by the decouple controller. When the operation speed reaches the target speed, a generalized notch filter is used to eliminate the vibration of the active magnetic bearing system.

    目錄 摘要 i Abstract ii 致謝 iii 目錄 iv 圖目錄 vii 表目錄 xv 符號說明 xvii 第一章 緒論 1 1.1研究動機與目的 1 1.2文獻回顧 2 1.3論文架構 3 第二章 磁浮軸承系統之硬體架構介紹 4 2.1前言 4 2.2硬體電路及設備介紹 4 第三章 主動式磁浮軸承簡介與理論分析 8 3.1前言 8 3.2磁路分析 9 3.3磁力分析[9] 12 3.4磁力線性化 14 第四章 磁浮軸承數學模型與控制法則 17 4.1前言 17 4.2單輸入單輸出(SISO)系統 18 4.2.1單軸磁浮軸承之數學模型 18 4.2.2比例微分(PD)控制器 18 4.3多輸入多輸出(MIMO)系統 20 4.3.1整體磁浮軸承之數學模型(質心系統) 20 4.3.2解耦演算法 24 4.4通用型陷波濾波器 31 4.5整體控制系統架構圖 35 第五章 磁浮軸承控制系統模擬 36 5.1前言 36 5.2單輸入單輸出(SISO)系統 - PD控制模擬 37 5.3多輸入多輸出(MIMO)系統 39 5.3.1解耦演算法模擬 40 5.3.2動態穩定性模擬 51 5.3.3干擾抑制能力模擬 56 5.4系統鑑別模擬 61 5.5通用型陷波濾波器模擬 65 第六章 磁浮軸承控制系統實作成果 69 6.1前言 69 6.2磁浮軸承實驗硬體介紹 70 6.3 PD控制與解耦演算法(Decouple)實驗 74 6.3.1敲擊測試 75 6.3.2運轉於各轉速下之徑向軸承處位移及軌跡 80 6.3.3運轉於各轉速下之電流及質心軌跡 88 6.4系統鑑別實驗 103 6.5通用型陷波濾波器實驗 108 6.6通用型陷波濾波器實驗討論 116 第七章 結論與未來展望 118 參考文獻 119

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