發(fā)布時(shí)間：2017-10-15 05:34

  本文關(guān)鍵詞：基于DSP的壓電電機(jī)數(shù)字驅(qū)動(dòng)電源研究

  更多相關(guān)文章： 宏微驅(qū)動(dòng) 可控硅 半橋 電源 壓電電機(jī) DSP

【摘要】：針對(duì)高端制造裝備對(duì)大行程、高精度直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的廣泛需求,研究集宏微運(yùn)動(dòng)于一體的新型直線壓電電機(jī),提出交流宏驅(qū)動(dòng)和直流微驅(qū)動(dòng)兩種工作模式,即利用納/微米級(jí)的微運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償宏運(yùn)動(dòng)由于精度不足造成的誤差,實(shí)現(xiàn)高精度、大行程、高頻響的精確定位控制。由于驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)性能好壞直接影響著壓電電機(jī)的性能,為此,本文針對(duì)集宏微一體的直線壓電電機(jī),建立相適應(yīng)的電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。文章介紹了壓電直線電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理,及現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)方案,并根據(jù)壓電直線電機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)電源性能的要求,提出可控硅整流+DC-DC半橋變換器兩級(jí)級(jí)聯(lián)的電壓控制,以獲得分辨率高,頻帶寬的可調(diào)電壓,并根據(jù)多級(jí)調(diào)節(jié)的電路特點(diǎn)提出兩種控制器相融合的控制策略,提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。系統(tǒng)采用DSP28335為核心控制器,實(shí)現(xiàn)壓電電機(jī)的信號(hào)發(fā)生器、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制算法等功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精密控制。電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為兩部分:硬件電路與軟件程序編程。硬件電路包括:可控硅整流調(diào)壓及過零點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)電路,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)過零信號(hào)的檢測(cè)以及整流調(diào)壓;高頻半橋變換電路,實(shí)現(xiàn)電壓提升以及原副邊隔離,并通過提高開關(guān)頻率減小系統(tǒng)體積,實(shí)現(xiàn)小型化;半橋變換電路,通過控制半橋電路中MOS管的通斷,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓電電機(jī)宏微驅(qū)動(dòng)的高效轉(zhuǎn)換,更能通過控制MOS管的通斷頻率、不同橋的相序,實(shí)現(xiàn)壓電電機(jī)的速度控制;隔離驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)控制器與被控對(duì)象的電氣隔離,放大驅(qū)動(dòng)信號(hào),驅(qū)動(dòng)MOS管通斷,是高低壓連接的一座橋梁;采樣/保護(hù)電路,針對(duì)控制對(duì)象非線性、耦合性等問題,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)反饋調(diào)節(jié),提供驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性,保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行;多路低壓電源輔助電路,為控制芯片、控制器等提供穩(wěn)定,為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供基本保障。軟件設(shè)計(jì)包括:ADC的轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn),PWM控制信號(hào)的生成,控制策略的設(shè)計(jì)以及輸出狀態(tài)的監(jiān)測(cè)保護(hù)等。輸入控制信號(hào)及采樣信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),為控制器提供輸入量,實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的控制,控制器針對(duì)輸入控制量的大小或改變PWM波形的頻率、占空比、相位或改變IO口的輸出狀態(tài),實(shí)現(xiàn)幅值0~600V動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),相位-90°~90°調(diào)節(jié),分辨率為1°;頻率為20~70KHz調(diào)節(jié),分辨率為10Hz;占空比為0~100%調(diào)節(jié),分辨率為1%,并通過LCD顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的控制狀態(tài)。針對(duì)文章進(jìn)行的理論分析,對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)表明各個(gè)模塊都能正常運(yùn)行,并且對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行改進(jìn)后,性能都明顯提高。同時(shí)針對(duì)不同類型的壓電電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)分析,試驗(yàn)表明各個(gè)壓電電機(jī)均能正常穩(wěn)定的運(yùn)行,電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅能夠驅(qū)動(dòng)宏/微壓電電機(jī),也可用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)宏驅(qū)動(dòng)(如:TRUM60)或微運(yùn)動(dòng)(鈸型驅(qū)動(dòng)器),具有良好的通用性。
【關(guān)鍵詞】：宏微驅(qū)動(dòng) 可控硅 半橋 電源 壓電電機(jī) DSP
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM46;TM359.9
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1. 引言10-18
• 1.1 課題設(shè)計(jì)背景與研究意義10
• 1.2 精密定位平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.3 電驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展現(xiàn)狀13-16
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容16-18
• 2 壓電直線電機(jī)及控制方案的概述18-23
• 2.1 壓電電機(jī)運(yùn)行機(jī)理及驅(qū)動(dòng)方案18-20
• 2.1.1 壓電電機(jī)結(jié)構(gòu)18
• 2.1.2 壓電直線電機(jī)工作機(jī)理18-20
• 2.2 開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概括20-21
• 2.2.1 常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型20
• 2.2.2 常用拓?fù)浣Y(jié)比較20-21
• 2.3 新型驅(qū)動(dòng)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇21-23
• 2.3.1 驅(qū)動(dòng)電源性能要求21-22
• 2.3.2 驅(qū)動(dòng)電源主結(jié)構(gòu)確定22-23
• 3 驅(qū)動(dòng)電源主電路設(shè)計(jì)23-52
• 3.1 多路輸出低壓輔助電路設(shè)計(jì)23-32
• 3.1.1 多路輸出低壓電路方案設(shè)計(jì)24-25
• 3.1.2 多路輸出低壓主電路參數(shù)計(jì)算25-32
• 3.2 半橋變換電路32-33
• 3.3 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)33-35
• 3.4 雙驅(qū)動(dòng)隔離電路設(shè)計(jì)35-39
• 3.4.1 MOSFET管電壓型驅(qū)動(dòng)電路類型35-37
• 3.4.2 器件選型及參數(shù)設(shè)計(jì)37-39
• 3.5 匹配電路設(shè)計(jì)39
• 3.6 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析39-49
• 3.6.1 輸入保護(hù)濾波電路設(shè)計(jì)39-42
• 3.6.2 可控硅整流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)42-44
• 3.6.3 半橋主拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì)44-46
• 3.6.4 變壓器設(shè)計(jì)46-47
• 3.6.5 關(guān)鍵器件選型及設(shè)計(jì)47-48
• 3.6.6 直流輸出濾波電路設(shè)計(jì)48-49
• 3.7 PCB板制作及注意事項(xiàng)49-52
• 4 驅(qū)動(dòng)電源軟件設(shè)計(jì)52-69
• 4.1 總體軟件設(shè)計(jì)52-54
• 4.2 AD轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)54-57
• 4.3 PWM信號(hào)設(shè)計(jì)57-61
• 4.4 多種信號(hào)產(chǎn)生設(shè)計(jì)61-63
• 4.5 雙輸入單輸出控制策略方法63-69
• 4.5.1 可控硅模糊控制器設(shè)計(jì)65-66
• 4.5.2 直流高壓電源增量式模糊PID控制器設(shè)計(jì)66-69
• 5 系統(tǒng)試驗(yàn)及比較分析69-80
• 5.1 試驗(yàn)硬件結(jié)構(gòu)平臺(tái)69-70
• 5.2 各個(gè)模塊功能測(cè)試以及數(shù)據(jù)分析70-76
• 5.2.1 可控硅調(diào)壓模塊功能測(cè)試及分析70-71
• 5.2.2 AD轉(zhuǎn)換模塊功能測(cè)試與分析71-72
• 5.2.3 驅(qū)動(dòng)隔離信號(hào)功能測(cè)試及數(shù)據(jù)分析72-73
• 5.2.4 PWM模塊功能測(cè)試及數(shù)據(jù)分析73-74
• 5.2.5 多路輸出模塊功能測(cè)試及數(shù)據(jù)分析74-76
• 5.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體測(cè)試76-80
• 5.3.1 多輸入反饋控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)影響測(cè)試76-77
• 5.3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)空載試驗(yàn)分析77
• 5.3.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載試驗(yàn)分析77-79
• 5.3.4 微驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)分析79-80
• 6 總結(jié)與展望80-82
• 6.1 總結(jié)80-81
• 6.2 展望81-82
• 致謝82-83
• 參考文獻(xiàn)83-85
• 附錄A85-86
• 附錄B86-88
• 附錄C 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及獲獎(jiǎng)情況88

【參考文獻(xiàn)】

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3 張鐵民;;宏/微雙重驅(qū)動(dòng)的新型直線電機(jī)研究[J];機(jī)電工程技術(shù);2015年06期

4 張鐵民;許志林;曹飛;邢航;廖貽泳;莊曉霖;;宏微壓電驅(qū)動(dòng)器的電源設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J];壓電與聲光;2015年01期

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本文編號(hào)：1035397