直線電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)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(chǎn)、軍事研究等領(lǐng)域;但由于其“零傳動”的結(jié)構(gòu)特點,以及自身存在的端部效應(yīng)、齒槽效應(yīng)等,會使電機(jī)產(chǎn)生磁鏈、推力以及速度的脈動,影響直線電機(jī)的高性能控制。本文以開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,明顯減小了直線電機(jī)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(yīng)速度、控制精度,實現(xiàn)了開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)高性能的控制。首先,本文闡述了永磁直線電機(jī)的研究背景、應(yīng)用現(xiàn)狀;基于直線電機(jī)控制系統(tǒng)所具有的快速響應(yīng)、高精度的特點,介紹了本研究的目的與意義。在建立開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,基于直線電機(jī)直接推力控制算法,搭建了MATLAB/SIMULINK的仿真模型,并通過仿真結(jié)果驗證了算法的可行性;運用反步的控制方法改進(jìn)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(shè)計打下了基礎(chǔ)。其次,本文對直線電機(jī)硬件控制系統(tǒng)的原理圖進(jìn)行了設(shè)計。電機(jī)硬件系統(tǒng)由驅(qū)動電路以及控制電路組成。...

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學(xué)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(nèi)外的研究現(xiàn)狀
    1.3 課題的目的與意義
    1.4 論文內(nèi)容的安排
第二章 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)工作原理及其數(shù)學(xué)模型
    2.1 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理
        2.1.1 基本結(jié)構(gòu)
        2.1.2 基本工作原理
    2.2 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)的特點
    2.3 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
        2.3.1 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)的物理模型
        2.3.2 ABC坐標(biāo)系下PMLSM的數(shù)學(xué)模型
        2.3.3 坐標(biāo)變換
        2.3.4 d-q坐標(biāo)系下PMLSM的數(shù)學(xué)模型
        2.3.5 α-β坐標(biāo)系下的PMLSM的數(shù)學(xué)模型
    2.4 本章小結(jié)
第三章 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)直接推力控制系統(tǒng)及其Matlab仿真
    3.1 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)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(guān)磁通永磁直線電機(jī)直接推力控制系統(tǒng)的設(shè)計
        3.2.1 直線電機(jī)仿真模型的設(shè)計
        3.2.2 逆變器設(shè)計
        3.2.3 推力和磁鏈觀測器設(shè)計
        3.2.4 磁鏈位置確定模塊設(shè)計
        3.2.5 空間電壓矢量開關(guān)表設(shè)計
    3.3 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)直接推力控制系統(tǒng)的仿真
    3.4 開關(guān)磁通直線電機(jī)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(shè)計
        3.4.2 開關(guān)磁通直線電機(jī)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(jié)
第四章 開關(guān)磁通永磁直線電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
    4.1 系統(tǒng)硬件總體架構(gòu)
    4.2 FPGA控制電路
    4.3 驅(qū)動電路的設(shè)計
        4.3.1 主電路的設(shè)計
        4.3.2 光耦隔離驅(qū)動電路的設(shè)計
        4.3.3 保護(hù)電路的設(shè)計
        4.3.4 驅(qū)動板PCB
    4.4 控制電路的設(shè)計
        4.4.1 電壓電流采樣模塊的設(shè)計
        4.4.2 高精度多通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計
        4.4.3 光柵尺信號采集調(diào)理電路的設(shè)計
        4.4.4 供電系統(tǒng)設(shè)計
        4.4.5 控制板PCB
    4.5 本章小結(jié)
第五章 基于FPGA的直接推力控制算法數(shù)字化設(shè)計
    5.1 FPGA模塊化設(shè)計的介紹
        5.1.1 FPGA設(shè)計軟件的介紹
        5.1.2 FPGA的設(shè)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(biāo)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(dǎo)
        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(shè)計
        5.5.2 細(xì)分辨向模塊的設(shè)計
        5.5.3 計數(shù)器模塊的設(shè)計
        5.5.4 光柵尺軟件與硬件的細(xì)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(guān)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(guān)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(jié)
第六章 系統(tǒng)性能測試結(jié)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(diào)速實驗
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介



本文編號：3764573