慣性導(dǎo)航在航天,航空,航海領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,慣性導(dǎo)航的精度受制于慣性儀表的精度,隨著對慣性儀表精度要求的提高,對高精度慣性儀表測試設(shè)備的需求越來越迫切。角振動臺是對慣性儀表與慣性系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)性能測試的高精度測試設(shè)備,其輸出需要滿足可靠性高,精度高,頻帶寬的特點。為模擬環(huán)境中的各種振動作為慣性儀表的輸入,測量慣性儀表的動態(tài)特性進(jìn)而建立動態(tài)模型,實現(xiàn)誤差補償,提高慣性儀表性能,本文針對的角振動臺要求能輸出高精度靜態(tài)速率信號與高精度正弦角振動信號,需要解決力矩波動引起的速率波動,振動過程幅值衰減,相位滯后,摩擦引起的波形失真,控制系統(tǒng)要求高采樣頻率等技術(shù)難題。本文對同步電機矢量控制方法進(jìn)行分析,建立了電機的動力學(xué)模型,分析了力矩波動的傳遞特性,對電機齒槽力矩波動和電磁力矩波動形成機理進(jìn)行研究,得出了齒槽力矩波動為電磁力矩的Z次諧波,電磁力矩波動主要為P次以及2nP次諧波,尤其是6P次諧波的結(jié)論,從而提出了對波動力矩進(jìn)行IQ分解,重構(gòu)出力矩波動進(jìn)行補償?shù)乃惴?通過仿真驗證,補償后力矩波動引起的速率波動減小為補償前的4%。針對正弦振動過程的難點,分為了兩部分進(jìn)行討論,一是高頻振動過程相位滯后,幅值衰減的問題,提出了四閉環(huán)控制器,對期望信號進(jìn)行閉環(huán),消除了幅值衰減和相位滯后的影響;二是基于Stribeck模型,研究了低頻振動下摩擦力矩對波形失真度的影響,設(shè)計了重復(fù)學(xué)習(xí)控制器,利用正弦振動下期望輸入和擾動都具有周期性的特點,通過循環(huán)迭代,使輸出收斂到期望的正弦波形,抑制了摩擦力矩的影響。最后通過仿真驗證了四閉環(huán)控制器與重復(fù)學(xué)習(xí)控制器的控制效果,實現(xiàn)了0.1Hz至100Hz的正弦振動。針對角振動臺需要實時性強,采樣頻率高的控制系統(tǒng)的需求,設(shè)計了FPGA+DSP結(jié)構(gòu)的嵌入式運動控制板卡,在DSP內(nèi)實現(xiàn)控制算法,在FPGA內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集,轉(zhuǎn)發(fā)以及與慣性系統(tǒng)的同步。最后在現(xiàn)有單軸轉(zhuǎn)臺上進(jìn)行了實驗,驗證了四閉環(huán)控制器與重復(fù)學(xué)習(xí)控制器的控制性能。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN965;TP273
【部分圖文】：

圖 2-1 基于 FPGA 的同步電機矢量控制系統(tǒng)框圖2.4.1 CLARKE 變換CLARKE 變換將靜止的 ABC 平面三軸坐標(biāo)系中的定子三相電流轉(zhuǎn)換到靜止的 軸上。轉(zhuǎn)換圖示如圖 2-2 所示。

圖 2-2CLARKE 變換示意圖 是三相電流 , ,a b ci i i 的合成矢量， i 流幅值不變，可以得到1 1( )2 2a b ci k i i i

圖 2-4 三相橋式逆變電路-4 所示，假設(shè)電機定子三相電壓為 ( ), ( ), ( )a b cu t u t u t ，滿cos(2 )2cos(2 )3a mb mu U ftu U ft
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本文編號：2860641