本文選題：磁懸浮微驅(qū)動器 + FPGA��； 參考：《浙江理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：磁懸浮平面電機(jī)式微驅(qū)動器與壓電、靜電和熱微驅(qū)動器相比具有驅(qū)動電壓低,運(yùn)動阻力小,自由度高,可靠性好等優(yōu)點(diǎn),隨著加工業(yè)的發(fā)展,已逐漸成為國內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。控制系統(tǒng)采樣率對磁懸浮微驅(qū)動器的控制精度有直接影響,選擇高時(shí)鐘頻率的FPGA作為主控芯片不僅能在程序并行運(yùn)行時(shí)提高效率,而且在大量數(shù)據(jù)運(yùn)算和外圍電路擴(kuò)展方面有較大的應(yīng)用空間。主要內(nèi)容如下:1、分析了新型繞組式磁懸浮微驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)與工作原理;對磁懸浮微驅(qū)動器中的磁場分布進(jìn)行了理論分析;建立了磁懸浮微驅(qū)動器懸浮系統(tǒng)的運(yùn)動模型;對系統(tǒng)的特征進(jìn)行了分析,并建立了PID控制系統(tǒng),通過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型,并對其進(jìn)行PID控制仿真。2、建立了磁懸浮微驅(qū)動器的控制系統(tǒng),以EP2C5型號的FPGA為控制核心,結(jié)合AD7671、AD5545芯片設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采樣電路,處理電路以及輸出電路,實(shí)現(xiàn)了對磁懸浮微驅(qū)動器的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)輸出功能,系統(tǒng)中FPGA可通過RS232協(xié)議實(shí)現(xiàn)與PC之間的通信,實(shí)現(xiàn)控制電路與上位機(jī)之間的硬件連接。3、基于Quartus II軟件完成了基于FPGA磁懸浮微驅(qū)動系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),完成ADC采樣、FIFO緩存、數(shù)據(jù)濾波、控制算法、DA控制以及與上位機(jī)的通信;描述各算法功能及實(shí)現(xiàn)方法,完成程序編寫并實(shí)現(xiàn)各模塊功能。4、搭建了基于FPGA的磁懸浮微驅(qū)動器懸浮測控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);測控系統(tǒng)中通過位置環(huán)對磁懸浮微驅(qū)動器進(jìn)行PID控制,并可在上位機(jī)上通過Delphi界面檢測懸浮狀態(tài),通過對所設(shè)計(jì)的PID控制器的控制精度、大范圍精確控制性能、動態(tài)性能和跟蹤性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)2mm范圍的精度為1μm的控制。
[Abstract]:Compared with piezoelectric, electrostatic and thermal microactuators, magnetic levitation planar motor has the advantages of low driving voltage, low motion resistance, high degree of freedom and good reliability. With the development of processing industry, it has gradually become the focus of research at home and abroad. The sampling rate of the control system has a direct effect on the control accuracy of the maglev microactuator. Using FPGA with high clock frequency as the main control chip can not only improve the efficiency when the program runs in parallel. And in a large number of data operations and peripheral circuit expansion has a large application space. The main contents are as follows: 1. The structure and working principle of the new type magnetic levitation microactuator are analyzed, the magnetic field distribution in the magnetic levitation microactuator is analyzed theoretically, the motion model of the magnetic levitation microactuator suspension system is established. The characteristics of the system are analyzed, and the pid control system is established. The mathematical model is verified by MATLAB simulation experiment, and the pid control simulation. 2. The control system of the magnetic levitation microactuator is established, with the FPGA of EP2C5 as the control core. The data sampling circuit, processing circuit and output circuit are designed based on AD7671 and AD5545 chip. The functions of data acquisition and data output for magnetic levitation microdriver are realized. The communication between FPGA and PC can be realized by RS232 protocol. The hardware connection between the control circuit and the host computer is realized. Based on Quartus II software, the software design of the magnetic levitation microdrive system based on FPGA is completed. The ADC sampling FIFO buffer, data filtering, control algorithm DA control and communication with the host computer are completed. This paper describes the algorithm function and realization method, completes the program and realizes the module function. 4, builds the maglev micro driver suspension measurement and control experiment system based on FPGA, carries on the pid control to the magnetic levitation micro driver through the position loop in the measurement and control system, The suspension state can be detected on the upper computer by Delphi interface. The control precision, wide range accurate control performance, dynamic performance and tracking performance of the designed pid controller are verified experimentally. The results show that the system can control the 2mm with an accuracy of 1 渭 m.
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP273;TN791

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本文編號：2084236