本文關(guān)鍵詞：大功率超聲電機(jī)的驅(qū)動與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：超聲電機(jī)是基于壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)原理驅(qū)動的電機(jī),它有很多優(yōu)點(diǎn),主要包括以下幾個(gè)方面:低速下具有大轉(zhuǎn)矩,響應(yīng)速度快,無電磁干擾,斷電自鎖,體積小,重量輕等特點(diǎn),因此非常適用于捕獲機(jī)構(gòu),提高現(xiàn)有捕獲機(jī)構(gòu)的容錯(cuò)度,減小捕獲機(jī)構(gòu)本身的體積和質(zhì)量,具有較高的可靠性。自制的超聲電機(jī)是一個(gè)行波縱彎復(fù)合型大功率旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī),由四個(gè)振子來驅(qū)動。本文研究內(nèi)容是為自制的超聲電機(jī)設(shè)計(jì)驅(qū)動與控制系統(tǒng),主要包括驅(qū)動電源與控制系統(tǒng)兩部分。其中驅(qū)動電源以直接數(shù)字頻率合成技術(shù)為基礎(chǔ),通過FPGA輸出八路PWM信號,再經(jīng)光耦隔離,兩個(gè)全橋逆變電路和匹配電路,輸出兩路可精密調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位差的近正弦波驅(qū)動電壓�？刂撇糠种饕霉怆姶a盤采集電機(jī)速度信息,然后將采集信號傳輸給DSP,通過DSP計(jì)算出相應(yīng)的控制字,并將控制字傳輸給FPGA,組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的速度的跟蹤。本文設(shè)計(jì)的硬件是DSP+FPGA+功放板的模式。其中控制器以TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320F28335為核心,FPGA開發(fā)板采用的是Cyclone IV系列芯片EP4CE6E22C8的開發(fā)板,功放板為自己設(shè)計(jì),包括雙全橋逆變電路與輔助電路。軟件方面主要利用LabVIEW編寫的控制界面給FPGA傳輸控制字,滿足控制驅(qū)動電源的要求。本文從超聲電機(jī)驅(qū)動原理出發(fā),介紹驅(qū)動電源信號源的原理與功能,并通過邏輯仿真與板間實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證信號源的性能。同時(shí)根據(jù)超聲電機(jī)功率要求設(shè)計(jì)了驅(qū)動電源的功放電路,完成驅(qū)動電源的整體設(shè)計(jì),并通過測試來驗(yàn)證電源的性能。在完成電源設(shè)計(jì)后,設(shè)計(jì)了電機(jī)的控制系統(tǒng),通過固定參數(shù)PID算法對電機(jī)速度進(jìn)行控制。
【關(guān)鍵詞】：超聲電機(jī) DSP FPGA 驅(qū)動電源 功放電路 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V442
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 引言15
• 1.2 超聲電機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用15-16
• 1.3 超聲電機(jī)驅(qū)動與控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 國外的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 研究目的與Qg容18-19
• 1.4.1 研究目的18-19
• 1.4.2 研究內(nèi)容19
• 1.5 章節(jié)安排19-21
• 第二章 驅(qū)動與控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)21-34
• 2.1 超聲電機(jī)的驅(qū)動技術(shù)21-22
• 2.1.1 超聲電機(jī)的調(diào)速原理22
• 2.1.2 調(diào)速方法的方法與特點(diǎn)22
• 2.2 超聲電機(jī)驅(qū)動電源的總體結(jié)構(gòu)22-23
• 2.3 驅(qū)動電源研制的依據(jù)23-28
• 2.3.1 超聲電機(jī)等效電路模型23
• 2.3.2 振子等效電路23-25
• 2.3.3 振子的導(dǎo)納計(jì)算25-27
• 2.3.4 振子導(dǎo)納圓的測量27-28
• 2.4 基于UC3875芯片的信號源28-30
• 2.4.1 移相諧振控制芯片UC387528-29
• 2.4.2 基于UC3875芯片的PWM波生成電路29-30
• 2.4.3 多路精密信號源設(shè)計(jì)依據(jù)30
• 2.5 DDS技術(shù)介紹30-31
• 2.6 驅(qū)動電源的控制界面31-33
• 2.6.1 控制界面的設(shè)計(jì)依據(jù)31-32
• 2.6.2 控制界面的功能與特點(diǎn)32-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 第三章 多路精密信號源設(shè)計(jì)34-57
• 3.1 FPGA開發(fā)板34
• 3.2 串口通信模塊34-38
• 3.2.1 UART介紹35
• 3.2.2 串口通信協(xié)議35
• 3.2.3 PC機(jī)與FPGA的串口通信35-38
• 3.2.3.1 數(shù)據(jù)接收模塊36-37
• 3.2.3.2 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊37
• 3.2.3.3 波特率控制模塊37-38
• 3.3 控制字判斷模塊38-39
• 3.3.1 控制字判斷模塊設(shè)計(jì)依據(jù)38
• 3.3.2 控制字判斷模塊的介紹38-39
• 3.4 PWM波生成模塊39-46
• 3.4.1 PWM波生成模塊的設(shè)計(jì)思想39-40
• 3.4.2 PWM波生成模塊的功能與原理介紹40-45
• 3.4.3 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算45-46
• 3.4.3.1 公式計(jì)算45-46
• 3.4.3.2 精度分析46
• 3.5 邏輯仿真46-50
• 3.5.1 邏輯說明46-47
• 3.5.2 邏輯功能驗(yàn)證47-50
• 3.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證50-56
• 3.7 本章小結(jié)56-57
• 第四章 大功率功放電路設(shè)計(jì)57-69
• 4.1 全橋逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)57
• 4.2 功放電路設(shè)計(jì)57-61
• 4.2.1 功率開關(guān)管選型與參數(shù)選擇57-58
• 4.2.2 功放電路詳細(xì)設(shè)計(jì)58-59
• 4.2.3 移相控制原理59-60
• 4.2.4 功放電路測試60-61
• 4.3 輔助電路的設(shè)計(jì)61-65
• 4.3.1 光耦隔離電路61-62
• 4.3.2 5V穩(wěn)壓電源62
• 4.3.3 開關(guān)管驅(qū)動電路62-63
• 4.3.4 二階低通濾波電路63-65
• 4.4 匹配電路65-68
• 4.4.1 串聯(lián)電感匹配電路65-67
• 4.4.2 匹配電路的參數(shù)設(shè)計(jì)67
• 4.4.3 匹配電路測試67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第五章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)69-80
• 5.1 超聲電機(jī)控制技術(shù)69
• 5.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)69-75
• 5.2.1 硬件部分70-72
• 5.2.1.1 TMS320F28335簡介70
• 5.2.1.2 光電碼盤70-72
• 5.2.2 軟件設(shè)計(jì)72-74
• 5.2.2.1 GPIO初始化72
• 5.2.2.2 eQEP模塊初始化72-73
• 5.2.2.3 串口模塊初始化73-74
• 5.2.2.4 中斷模塊初始化74
• 5.2.3 DSP程序設(shè)計(jì)流程圖74-75
• 5.3 PID控制方法75-77
• 5.3.1 PID控制原理75
• 5.3.2 數(shù)字PID75-77
• 5.4 實(shí)驗(yàn)測試77-79
• 5.4.1 調(diào)頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)77
• 5.4.2 開環(huán)實(shí)驗(yàn)77-78
• 5.4.3 閉環(huán)實(shí)驗(yàn)78-79
• 5.5 本章小結(jié)79-80
• 第六章 總結(jié)與展望80-82
• 6.1 本文完成的主要研究工作80-81
• 6.2 后期需要研究的問題81-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 致謝86-87
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文87

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本文編號：1126074