【摘要】：隨著我國空間材料科學(xué)實驗的發(fā)展,對空間材料科學(xué)實驗裝置中的執(zhí)行機構(gòu)提出了更高的要求。相對于以往使用的步進電機,永磁同步電機擁有轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)越、效率高等優(yōu)勢,但因永磁同步電機反饋信號多,控制算法復(fù)雜的特性,對裝置的設(shè)計提出了較高的要求。結(jié)合永磁同步電機的結(jié)構(gòu)特點,本文給出了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型及矢量控制算法的原理及實現(xiàn)方案。并基于Matlab/Simulink建立矢量控制算法仿真平臺,驗證算法的正確性。在硬件設(shè)計上,基于Cadence完成以FPGA作為控制器的集信號采集處理、閉環(huán)反饋控制、電機驅(qū)動、總線通訊功能的永磁同步電機驅(qū)動電路PCB設(shè)計,給出了各模塊的設(shè)計原理并完成原理樣機的制作。在軟件設(shè)計上,基于Xilinx Vivado開發(fā)工具完成FPGA主控系統(tǒng)的設(shè)計。在主控程序設(shè)計中,引入變M/T標幺化測速算法以解決轉(zhuǎn)速測量實時性問題。在設(shè)計中引入標幺化的設(shè)計思想,設(shè)計中采用Q15格式標幺值以簡化主控系統(tǒng)設(shè)計、方便系統(tǒng)移植,同時給出了主控系統(tǒng)各模塊的功能實現(xiàn)。文章最后給出了矢量控制算法仿真實驗及基于FPGA的永磁同步伺服系統(tǒng)實驗測試結(jié)果。實驗表明,該設(shè)計方案能夠有效地完成對永磁同步伺服電機的控制;同時本文也給出了目前設(shè)計中的不足之處及后續(xù)改進方向,為我國未來空間材料科學(xué)實驗裝置中的執(zhí)行機構(gòu)動力系統(tǒng)設(shè)計提供了一種參考設(shè)計方案。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V524;TN791
【圖文】：

空間材料科學(xué)實驗裝置樣機如圖1.1所示，傳動機構(gòu)用于在空間材料科學(xué)實驗中樣品的提拉運動及轉(zhuǎn)位

圖 1.3 傳動結(jié)構(gòu)示意圖中，電機組件通過磁傳動組件輸出動力帶動主動齒輪運轉(zhuǎn)輪帶動絲杠轉(zhuǎn)動以進行提拉運動，從而完成樣品材料在實材料科學(xué)實驗裝置的研究中，傳動結(jié)構(gòu)往往基于步進電機用電脈沖信號進行驅(qū)動，通過電脈沖的個數(shù)及頻率等變量角度與速度，其位置和速度控制較為簡單，常常應(yīng)用于載置精度要求并非特別高、對體積敏感的場合。同時步進電功耗較高的問題。隨著我國空間材料科學(xué)實驗的不斷深入

波永磁同步電機(PMSM)及梯形波永磁同步電機(BLDC)[8]。相比于梯形波永磁同步電機，正弦波永磁同步電機具有更小的轉(zhuǎn)矩脈動，更適合于精密控制場合。同時正弦波永磁同步電機根據(jù)轉(zhuǎn)子永磁體安裝位置，可進一步劃分為表面式永磁同步電機(SPMSM)和內(nèi)嵌式永磁同步電機(IPMSM)[9]。其結(jié)構(gòu)圖如圖 1.4 所示。同時自二十世紀八十年代以來，隨著新型高性能永磁材料的研發(fā)，特別是像釹鐵硼等永磁材料在性能上得到極大的提升及價格的降低[10]，使得永磁同步電機在現(xiàn)代各領(lǐng)域起著越來越廣泛的作用，也成為電氣傳動領(lǐng)域的研究熱點。緒論

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10 記者 李文峰 通訊員 姜尚昆 易臣;全球首套盾構(gòu)機永磁同步電機交付[N];湖南日報;2016年

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本文編號：2760256