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磁悬浮控制力矩陀螺框架驱动控制技术研究

敖厚军  
【摘要】:磁悬浮控制力矩陀螺是一种先进的姿态控制执行部件,具有振动噪声低、输出力矩精度高、寿命长等优点,是目前的研究热点。本文对基于永磁无刷直流电机的磁悬浮控制力矩陀螺框架驱动控制系统进行了研究,完成的主要工作有: 对永磁无刷直流电机的研究现状和发展趋势进行了介绍,对其运行原理进行了分析,给出了它的数学模型,并且在此基础上对无刷直流电机的运行特性进行了分析。 对应用于超低速测量的旋转变压器和光电编码器的高精度测速原理进行了详细的分析,针对光电编码器,在传统测速方法的基础上提出了改进型M/T法,并对其测速性能进行了详细的分析。 针对实际应用中永磁无刷直流电机的反电势波形接近正弦波的特点,采用了磁场定向矢量驱动控制方法以减小转矩脉动,设计了基于电流环、速度环、位置环的全数字三环反馈系统,并利用Matlab中的Simulink仿真工具对闭环控制的性能进行了仿真验证。 选用美国德州仪器公司的数字信号处理器TMS320LF2812作为主控芯片,针对星形连接三相永磁无刷直流电机,搭建了基于DSP+FPGA的永磁无刷直流电机的硬件平台。论文给出了硬件实现的总体方案,对功率放大电路、电流检测电路、光电隔离电路等进行了详细的说明。 对框架驱动系统进行了角位置控制精度、角速率稳定精度以及角加速度测试,测试结果表明本文提出的基于电流环、速度环、位置环的全数字三环反馈系统运行良好,性能稳定,达到了预期的目标。


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