在模拟控制系统中,控制器最常用的控制是PID控制,PID控制由于其自身的优点,在工业生产过程中仍然得到了广泛的应用。模拟PID控制器主要由三个典型的环节组成,即比例环节(P)、积分环节(I)、微分环节(D)。根据上述磁轴承系统的数学模型,可在Matlab环境下采用Simulink仿真工具对磁浮轴承轴向系统进行仿真,以观察其输出响应曲线。仿真数据取自实际磁浮轴承实验装置。由于电磁轴承本身要应用到实际生产当中去,因此,和普通的电机一样,在工作过程中经常会遇到负载变化的情况。如风机、冲床和铣床等应用中存在轴向径向的加载和减载等。下面以轴向轴承为例来分析加载和减载对系统的影响。为了方便进行模拟和数字的对比,首先可建立如图3所示的顶层模块,其中模拟控制系统仿真框图如图4所示,数字控制系统的仿真框图如图5所示。
在本系统的仿真中,其数字PID使用xilinx提供的模块集(blockset)构建而成,如图6所示。
上述仿真中,偏磁电流i0为3.3 A(为仿真方便,取3.3 A并扩大1 000倍),平衡气隙x0为1mm,磁极的截面积S为10 500 mm2,电磁线圈匝数为150匝,真空磁导率μ0为4π×10-7 Vs/Am,另外,取:mg=733 N,1/m=0.013(为仿真方便,扩大1000倍),kp=8 800,ki=18.5,kd=1 000 000,kp1=9 000,ki1=220 000,kd1=50,T=2×10-5。 加载/减载可使用Flux*来描述,用以表示在0.2 s和0.6 s时刻阶跃加载和减载400N。其仿真结果如图7所示,所得到的悬浮气隙波形曲线中的上方为模拟控制,下方为数字控制。
电流输出结果要缩小1000倍,图8所示是其磁铁电流曲线(单位A),其中实际额定电流值设定为3.3 A。上方为模拟控制,下方为数字控制。
|