直線電機具有結構簡單、響應速度快、控制精度高的優(yōu)點,因此被廣泛運用在工業(yè)生產、軍事研究等領域;但由于其“零傳動”的結構特點,以及自身存在的端部效應、齒槽效應等,會使電機產生磁鏈、推力以及速度的脈動,影響直線電機的高性能控制。本文以開關磁通永磁直線電機為研究對象,基于FPGA研究了其直接推力控制的策略。研究中,運用了高性能的FPGA主控芯片,從硬件電路與軟件算法上對系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計,明顯減小了直線電機定子磁鏈、電磁推力和定子電流的脈動,提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應速度、控制精度,實現(xiàn)了開關磁通永磁直線電機高性能的控制。首先,本文闡述了永磁直線電機的研究背景、應用現(xiàn)狀;基于直線電機控制系統(tǒng)所具有的快速響應、高精度的特點,介紹了本研究的目的與意義。在建立開關磁通永磁直線電機數(shù)學模型的基礎上,基于直線電機直接推力控制算法,搭建了MATLAB/SIMULINK的仿真模型,并通過仿真結果驗證了算法的可行性;運用反步的控制方法改進了直接推力算法,提高系統(tǒng)控制精度,為基于FPGA直接推力控制系統(tǒng)數(shù)字化設計打下了基礎。其次,本文對直線電機硬件控制系統(tǒng)的原理圖進行了設計。電機硬件系統(tǒng)由驅動電路以及控制電路組成。...

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
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縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 課題的研究背景
    1.2 國內外的研究現(xiàn)狀
    1.3 課題的目的與意義
    1.4 論文內容的安排
第二章 開關磁通永磁直線電機工作原理及其數(shù)學模型
    2.1 開關磁通永磁直線電機的結構和工作原理
        2.1.1 基本結構
        2.1.2 基本工作原理
    2.2 開關磁通永磁直線電機的特點
    2.3 開關磁通永磁直線電機的數(shù)學模型
        2.3.1 開關磁通永磁直線電機的物理模型
        2.3.2 ABC坐標系下PMLSM的數(shù)學模型
        2.3.3 坐標變換
        2.3.4 d-q坐標系下PMLSM的數(shù)學模型
        2.3.5 α-β坐標系下的PMLSM的數(shù)學模型
    2.4 本章小結
第三章 開關磁通永磁直線電機直接推力控制系統(tǒng)及其Matlab仿真
    3.1 開關磁通永磁直線電機直接推力控制算法
        3.1.1 直接推力控制算法的思路
        3.1.2 直接推力控制算法的基本原理
    3.2 開關磁通永磁直線電機直接推力控制系統(tǒng)的設計
        3.2.1 直線電機仿真模型的設計
        3.2.2 逆變器設計
        3.2.3 推力和磁鏈觀測器設計
        3.2.4 磁鏈位置確定模塊設計
        3.2.5 空間電壓矢量開關表設計
    3.3 開關磁通永磁直線電機直接推力控制系統(tǒng)的仿真
    3.4 開關磁通直線電機基于反步方法的直接推力控制
        3.4.1 基于反步方法的直接推力控制系統(tǒng)的設計
        3.4.2 開關磁通直線電機基于反步方法的直接推力控制系統(tǒng)的仿真
    3.5 本章小結
第四章 開關磁通永磁直線電機驅動控制系統(tǒng)硬件電路設計
    4.1 系統(tǒng)硬件總體架構
    4.2 FPGA控制電路
    4.3 驅動電路的設計
        4.3.1 主電路的設計
        4.3.2 光耦隔離驅動電路的設計
        4.3.3 保護電路的設計
        4.3.4 驅動板PCB
    4.4 控制電路的設計
        4.4.1 電壓電流采樣模塊的設計
        4.4.2 高精度多通道A/D轉換模塊的設計
        4.4.3 光柵尺信號采集調理電路的設計
        4.4.4 供電系統(tǒng)設計
        4.4.5 控制板PCB
    4.5 本章小結
第五章 基于FPGA的直接推力控制算法數(shù)字化設計
    5.1 FPGA模塊化設計的介紹
        5.1.1 FPGA設計軟件的介紹
        5.1.2 FPGA的設計流程
        5.1.3 FPGA直接推力控制系統(tǒng)軟件框架
    5.2 矢量坐標變化的Verilog實現(xiàn)
    5.3 Cordic算法的Verilog實現(xiàn)
        5.3.0 CORDIC算法的公式推導
        5.3.1 Verilog實現(xiàn)正弦函數(shù)、余弦函數(shù)的計算
        5.3.2 Verilog實現(xiàn)反正切函數(shù)的計算
    5.4 相電流相電壓測量的Verilog實現(xiàn)
    5.5 速度測量的Verilog實現(xiàn)
        5.5.1 濾波模塊的設計
        5.5.2 細分辨向模塊的設計
        5.5.3 計數(shù)器模塊的設計
        5.5.4 光柵尺軟件與硬件的細分速度的對比
    5.6 推力以及磁鏈的計算模塊
        5.6.1 磁鏈的計算模塊
        5.6.2 電磁推力的計算模塊
    5.7 PWM開關信號的Verilog實現(xiàn)
        5.7.1 扇區(qū)判斷模塊
        5.7.2 滯環(huán)比較模塊
        5.7.3 開關表選擇模塊
        5.7.4 死區(qū)時間模塊
    5.8 數(shù)字PI控制器的Verilog實現(xiàn)
    5.9 本章小結
第六章 系統(tǒng)性能測試結果與分析
    6.1 實驗平臺介紹
    6.2 硬件電路的測試
        6.2.1 三相電壓與三相電流的電路測試
        6.2.2 光柵尺速度信號的檢測
    6.3 PMLSM開環(huán)實驗
    6.4 PMLSM磁鏈跟蹤實驗
    6.5 PMLSM調速實驗
    6.6 本章小結
第七章 總結與展望
參考文獻
致謝
作者簡介



本文編號：3764573