某火炮自动供弹机数字伺服驱动控制研究

发布时间：2023-08-09 17:53

　　本文研究基于FPGA自动供弹机数字伺服驱动控制实现。 为设计出伺服驱动串级PI控制器的参数,在建立伺服驱动解耦控制模型基础上,依据工程设计法设计出自动供弹机伺服驱动串级三环PI控制器初始参数；由于速度环连接位置环和电流环,通过探究速度环相对位置环和电流环配置对系统输出的影响规律,从而优化得到更好地满足自动供弹机伺服驱动的串级三环PI控制器参数。 为高性能数字实现PI控制器,基于计算机中央处理核心原理,设计出补码运算数字PI控制器；通过比较全量式和增量式两种PI控制算法的数字实现,增量式数字PI控制器具有运算速度快和资源占用率低的优势,设计出基于状态机时序控制的增量式数字PI控制器作为串级三环PI控制器。 为数字实现电压正弦波脉宽调制和矢量空间脉宽调制变频控制,对两种变频控制方法深入分析；基于自底向上思想构建出它们各个组成模块的FPGA数字实现,通过相关软件综合得到它们的总体实现。 为验证上述各部分功能有效性,通过FPGA内嵌的Signal TapⅡ实时测试工具和FPGA控制器实物开发板,对上述数字实现的输出采集,并对两种变频控制方法输出对比分析,验证控制器的功能是有效的,得到电压矢量脉...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 自动装填系统伺服控制发展现状
    1.3 交流电机伺服控制国内外研究现状
        1.3.1 交流伺服电机发展
        1.3.2 交流伺服控制技术发展
        1.3.3 交流电机伺服控制实现的研究现状
    1.4 本文的研究内容
2 自动供弹机伺服驱动控制总体
    2.1 自动供弹机伺服控制系统模型
        2.1.1 自动供弹机系统总体模型
        2.1.2 伺服驱动电机模型
        2.1.3 自动供弹机伺服驱动解耦控制模型
    2.2 自动供弹机伺服驱动三环控制器
        2.2.1 电流环控制器
        2.2.2 速度环控制器
        2.2.3 位置环控制器
    2.3 自动供弹机伺服驱动变频控制
        2.3.1 电压型逆变器模型
        2.3.2 电压正弦波脉宽调制(SPWM)变频控制
        2.3.3 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)变频控制
    2.4 自动供弹机伺服驱动三环控制器配置优化
        2.4.1 速度环相对电流环配置
        2.4.2 速度环相对位置环配置
        2.4.3 串级三环PI伺服驱动控制器
    2.5 本章小结
3 自动供弹机伺服驱动数字PI控制实现
    3.1 数字PID控制
        3.1.1 数字PID控制理论
        3.1.2 全量式算法
        3.1.3 增量式算法
    3.2 自动供弹机伺服驱动数字PI控制器模块实现
        3.2.1 数据补码表示实现
        3.2.2 加减法运算实现
        3.2.3 高速乘法运算实现
    3.3 自动供弹机伺服驱动数字PI控制器总体
        3.3.1 全量式算法数字PI控制器实现
        3.3.2 增量式算法数字PI控制器实现
        3.3.3 增量式算法数字PI控制器状态机实现
    3.4 电压坐标转换实现
    3.5 本章小结
4 自动供弹机伺服驱动变频控制实现
    4.1 电压正弦波脉宽调制(SPWM)变频控制实现
    4.2 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)变频控制实现
    4.3 变频控制信号重构实现
    4.4 本章小结
5 自动供弹机伺服驱动控制器硬件设计及实验分析
    5.1 自动供弹机伺服驱动控制器硬件设计
        5.1.1 与上位机串口通讯模块硬件设计
        5.1.2 IGBT功率逆变器驱动模块硬件设计
        5.1.3 FPGA控制器模块硬件设计
        5.1.4 控制器总体
    5.2 自动供弹机伺服驱动控制器实验分析
        5.2.1 基于FPGA的Signal Tap Ⅱ实时测试工具实验
        5.2.2 电压正弦波脉宽调制(SPWM)实验分析
        5.2.3 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)实验分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：3840691