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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
下 载: 105次
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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。
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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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