基于鎖相環(huán)的飛輪控制系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、本文以陀螺飛輪為研究背景，設(shè)計了飛輪用無刷直流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動控制系統(tǒng)。利用鎖相環(huán)與帶有超前角補償?shù)腟PWM技術(shù)，實現(xiàn)了基于FPGA的飛輪控制系統(tǒng)并降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動。
　　首先，根據(jù)飛輪用無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，建立了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。對鎖相環(huán)通常采用的三狀態(tài)鑒頻鑒相器的輸出波動問題進(jìn)行分析，提出了十狀態(tài)鑒頻鑒相器方案來改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。搭建了鎖相環(huán)電機(jī)控制系統(tǒng)的Simulink仿真模型，并利用轉(zhuǎn)速階躍信號和轉(zhuǎn)速斜坡信號對模型進(jìn)行仿真

2、，驗證了系統(tǒng)具備良好穩(wěn)速與調(diào)速性能。
　　其次，對無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動問題進(jìn)行分析，無刷直流電機(jī)的線反電勢近似正弦波，導(dǎo)致在方波驅(qū)動下有較大的轉(zhuǎn)矩波動。針對這一問題，提出了正弦波驅(qū)動的方案，并仿真說明了在正弦波驅(qū)動下，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動得到了明顯改善。由于相電感的存在，使得作用于電機(jī)的相電壓超前于相電流，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動，對于換相轉(zhuǎn)矩波動，提出了一種利用轉(zhuǎn)速計算超前角并進(jìn)行補償?shù)姆椒?，并利用仿真驗證帶有超前角補償?shù)腟PWM驅(qū)動方

3、案可以進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)矩波動。為了在FPGA中實現(xiàn)對三角函數(shù)的運算，使用了CORDIC算法將三角函數(shù)的運算簡化成相加與移位的迭代運算，并通過仿真說明了利用CORDIC算計算三角函數(shù)的可行性。
　　而后，設(shè)計了控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序。在硬件設(shè)計中，針對旋變解調(diào)芯片對信號相移的要求，設(shè)計激磁與濾波電路并對進(jìn)行仿真分析，驗證了所設(shè)計的信號鏈路的相移滿足芯片要求。在軟件設(shè)計過程中，針對CORDIC算法占用資源過多的問題，提出了一種對CO