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基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究

作 者: 高圆圆
导 师: 黄鹤松
学 校: 山东科技大学
专 业: 检测技术与自动化装置
关键词: 跑步机 异步电机 FPGA 变频调速系统
分类号: TM921.51
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


跑步机是现代生活中重要的健身器材之一,影响其质量与性能的重要因素之一是其采用的变频调速系统的性能。现有跑步机中,多采用直流电机作为动力装置,尽管使用过程中容易出现故障,维修量大,但是由于针对该类电机的变频调速系统的设计相当成熟,性能良好,使其应用量依然较大。相反,交流电机虽然其运行稳定,不易损坏,但是针对此类电机的变频调速较为困难,其理论、技术都不尽成熟,因此,这就限制了交流电机在跑步机中的使用。但是,随着控制理论的研究发展、电子技术的进步,交流电机的调速系统不断更新、进步,其性能也在不断提高。本论文的研究旨在设计一个针对于跑步机设计需要的、针对异步电机的变频调速系统。目前市场上已存在相关产品,本文在对现有产品的控制方案、设计特点、性能指标等方面进行分析研究后,提出了将较为先进的FPGA器件引入系统,作为其核心控制芯片,同时,采用直接转矩控制方式和SVPWM控制算法作为系统的控制方案,来设计完整的、高性能的变频调速系统。尤其是如何利用FPGA器件将控制方案以硬件芯片的形式实现出来,并且充分发挥其硬件可编程的优势,完成整个系统的控制工作,减少外围硬件设备,是本论文研究的重点。本论文中设计的变频调速系统针对跑步机的应用,面向用户设计,提供了良好的人机交互界面,操作简单,而且该系统中的控制芯片具有很好的移植性,即相当于按照一定设计要求定制的硬件芯片,只要稍加修改,就可供其他相关系统使用。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-16
  1.1 课题的提出及意义  11-12
  1.2 跑步机变频器研究现状及发展状况  12-13
  1.3 FPGA研究现状及发展状况  13-14
  1.4 本课题的主要内容  14-15
  1.5 本章小结  15-16
2 变频调速系统的方案设计  16-26
  2.1 变频调速系统的原理及发展状况  16-17
  2.2 控制方式的分析与论证  17-23
  2.3 控制技术的分析与论证  23-25
  2.4 系统控制方式及控制技术的确定  25
  2.5 本章小结  25-26
3 变频调速系统的方案实现  26-58
  3.1 FPGA概述及发展状况  26-27
  3.2 变频调速方案的FPGA实现  27-49
  3.3 系统其他模块的FPGA实现  49-55
  3.4 变频调速系统的整体实现结构  55-57
  3.5 本章小结  57-58
4 系统硬件设计  58-76
  4.1 变频器的硬件总体设计  58-59
  4.2 FPGA芯片的选择  59-66
  4.3 主回路的分析与实现  66-70
  4.4 其他各部分电路的设计与实现  70-75
  4.5 本章小结  75-76
5 系统整体实验与测试  76-81
  5.1 控制板测试  77-78
  5.2 电源板测试  78
  5.3 系统整体测试  78-79
  5.4 电机空载测试  79-80
  5.5 本章小结  80-81
6 系统改进  81-84
  6.1 控制方案的改进  81-82
  6.2 硬件电路的改进  82-83
  6.3 本章小结  83-84
7 总结  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-88
攻读学位期间发表的论文  88-89
附录1 系统电路原理图(一)  89-90
附录2 系统电路原理图(二)  90

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动(电气传动) > 控制系统 > 变频控制系统
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