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基于DSP的数字阀控制器的研究

作　者: 许宇翔
导　师: 阮健
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: DSP 数字阀步进电机快速开关阀正弦驱动矢量控制
分类号: TM571.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 170次
引　用: 7次
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内容摘要

本文主要工作是将步进电机正弦驱动和数字式位置反馈相互结合,目的在于提高系统的频响和分辨率,设计出应用于数字阀的控制器。在流体传动及控制技术领域将流体控制元件与电-机械转换元件组合构成电液控制元件将成为流体控制元件的重要的发展趋势。步进电机是一种利用电磁作用原理将电信号转换成机械动作的电机,它与流体控制元件相结合构成了电液数字控制系统。本文根据混合式步进电机的特点,将步进电机的正弦波驱动与位置反馈相互结合,提出了步进电机的矢量控制算法,设计了数字阀的驱动器。实验证明,该方法能有效的提高系统的频率响应和分辨率。本文主要内容如下所示:第一章结合国内外的文献,对本论文研究的主题进行综述。本章首先介绍了数字阀的种类,着重介绍了采用步进电机控制的增量式数字阀,接着阐述了步进电机的常用的控制方式。在此基础上,提出了课题的研究目的以及创新点。第二章本章介绍了步进电机的特点、工作原理及典型的控制方式。着重介绍了在典型控制方式下电机驱动的优缺点,提出了基于位置反馈的正弦波驱动控制方式。另外,计算了运动部件的转动惯量和液动力的影响,从而说明了系统是否带负载对频率响应的影响可以忽略。第三章主要介绍了基于DSP的数字阀控制器的硬件设计和实现。着重介绍了TMS320F2812的内部资源以及与位置传感器的接口的硬件实现,功率驱动板的具体设计以及软件实现方式等。第四章介绍了正弦波的原理和程序实现,着重阐述了传感器芯片AS5045进行了动态与静态的测试,并进行了位置闭环的实验。实验表明,该传感器具有较高的精度和良好的重复性,通过位置闭环实验表明矢量控制能提高系统的频率响应,同时能保证系统具有较高的分辨率。第五章全文总结并作后续展望。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
符号说明  11-12
第一章绪论  12-19
  1.1 引言  12
  1.2 数字阀的发展  12-16
    1.2.1 增量式数字阀  13-14
    1.2.2 脉宽调制式数字阀  14-16
  1.3 数字阀控制器的发展现状  16-17
  1.4 研究目的与意义  17-18
  1.5 本章小结  18-19
第二章数字阀及其控制技术  19-48
  2.1 电-机械转换器类型  19-22
    2.1.1 电机械转换器分类  19-21
    2.1.2 电机内部磁路结构及工作原理  21-22
  2.2 电机的基本参数  22-24
  2.3 电-机械转换数学模型  24-28
  2.4 数字阀的结构与原理  28-33
    2.4.1 数字阀的初始化  29-30
    2.4.2 转子转动方程  30
    2.4.3 阀芯运动方程  30-31
    2.4.4 转动惯量与液动力的简化  31
    2.4.5 典型信号下数字阀的响应  31-33
  2.5 控制算法的理论依据  33-35
  2.6 数字阀的典型驱动方式  35-39
    2.6.1 恒流斩波驱动  35-36
    2.6.2 典型信号下电机的仿真  36-39
  2.7 数字阀的正弦波驱动  39-44
    2.7.1 正弦波驱动原理  39-40
    2.7.2 正弦驱动主要实现方式  40-41
    2.7.3 恒力矩均匀步距细分驱动的实现  41-43
    2.7.4 步进电机位置的定位  43-44
    2.7.5 闭环控制技术  44
  2.8 正弦波的产生  44-47
    2.8.1 脉宽调制控制的基本原理  44-45
    2.8.2 正弦波的产生方式  45-46
    2.8.3 正弦波的软件实现  46-47
  2.9 本章小结  47-48
第三章系统架构及硬件实现  48-63
  3.1 驱动电路设计  48-51
    3.1.1 电源设计  48-49
    3.1.2 MOSFET及其驱动电路  49-51
  3.2 位置检测电路设计  51-55
    3.2.1 模拟信号的检测  53-54
    3.2.2 检测系统的装配  54-55
  3.3 DSP主控电路设计  55-58
    3.3.1 TMS320F2812特点  55-56
    3.3.2 事件管理模块  56-57
    3.3.3 同步串行接口  57
    3.3.4 模数转换模块  57-58
    3.3.5 DSP控制电路板  58
  3.4 其他外设  58-60
    3.4.1 电压转换电路  58-59
    3.4.2 复位电路  59-60
  3.5 驱动电路中设计注意事项  60-62
    3.5.1 步进电机续流回路  60-61
    3.5.2 PWM频率对MOSFET的影响  61
    3.5.3 电源的选用  61-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章系统软件设计与实验  63-87
  4.1 数字式正弦波的产生  63-68
    4.1.1 正弦波的软件实现  63-65
    4.1.2 实验装置设计  65-66
    4.1.3 波形分析  66-68
  4.2 典型信号下电机的响应  68-72
    4.2.1 阶跃信号的响应  69-70
    4.2.2 三角波信号的响应  70-72
  4.3 数字阀控制器的测试  72-80
    4.2.1 静态性能的测试  73-76
    4.3.2 动态性能的测试  76-80
  4.4 PID算法  80-86
    4.4.1 PID控制基本算法  80-81
    4.4.2 数字PID控制的增量式算法  81-82
    4.4.3 系统软件的实现  82-84
    4.4.4 PID参数的确定  84-86
  4.5 本章小结:  86-87
第五章总结与展望  87-88
  5.1 本文总结  87
  5.2 后续展望  87-88
参考文献  88-92
攻读硕士学位期间已发表论文  92-93
致谢  93

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