【摘要】：隨著我國空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展,對(duì)空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)提出了更高的要求。相對(duì)于以往使用的步進(jìn)電機(jī),永磁同步電機(jī)擁有轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)越、效率高等優(yōu)勢(shì),但因永磁同步電機(jī)反饋信號(hào)多,控制算法復(fù)雜的特性,對(duì)裝置的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。結(jié)合永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文給出了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及矢量控制算法的原理及實(shí)現(xiàn)方案。并基于Matlab/Simulink建立矢量控制算法仿真平臺(tái),驗(yàn)證算法的正確性。在硬件設(shè)計(jì)上,基于Cadence完成以FPGA作為控制器的集信號(hào)采集處理、閉環(huán)反饋控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、總線通訊功能的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路PCB設(shè)計(jì),給出了各模塊的設(shè)計(jì)原理并完成原理樣機(jī)的制作。在軟件設(shè)計(jì)上,基于Xilinx Vivado開發(fā)工具完成FPGA主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在主控程序設(shè)計(jì)中,引入變M/T標(biāo)幺化測(cè)速算法以解決轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)時(shí)性問題。在設(shè)計(jì)中引入標(biāo)幺化的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)中采用Q15格式標(biāo)幺值以簡化主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、方便系統(tǒng)移植,同時(shí)給出了主控系統(tǒng)各模塊的功能實(shí)現(xiàn)。文章最后給出了矢量控制算法仿真實(shí)驗(yàn)及基于FPGA的永磁同步伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明,該設(shè)計(jì)方案能夠有效地完成對(duì)永磁同步伺服電機(jī)的控制;同時(shí)本文也給出了目前設(shè)計(jì)中的不足之處及后續(xù)改進(jìn)方向,為我國未來空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種參考設(shè)計(jì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V524;TN791
【圖文】：

空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置樣機(jī)如圖1.1所示，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于在空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)中樣品的提拉運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)位

圖 1.3 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖中，電機(jī)組件通過磁傳動(dòng)組件輸出動(dòng)力帶動(dòng)主動(dòng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)以進(jìn)行提拉運(yùn)動(dòng)，從而完成樣品材料在實(shí)材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的研究中，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)往往基于步進(jìn)電機(jī)用電脈沖信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過電脈沖的個(gè)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(duì)體積敏感的場合。同時(shí)步進(jìn)電功耗較高的問題。隨著我國空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不斷深入

波永磁同步電機(jī)(PMSM)及梯形波永磁同步電機(jī)(BLDC)[8]。相比于梯形波永磁同步電機(jī)，正弦波永磁同步電機(jī)具有更小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，更適合于精密控制場合。同時(shí)正弦波永磁同步電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子永磁體安裝位置，可進(jìn)一步劃分為表面式永磁同步電機(jī)(SPMSM)和內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)(IPMSM)[9]。其結(jié)構(gòu)圖如圖 1.4 所示。同時(shí)自二十世紀(jì)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(jià)格的降低[10]，使得永磁同步電機(jī)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(dòng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。緒論

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本文編號(hào)：2760256