基于DSP的磁悬浮轴承控制器的研究

发布时间：2017-08-03 07:00

  本文关键词：基于DSP的磁悬浮轴承控制器的研究

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【摘要】：磁悬浮轴承是一种利用可控电磁力将其转子稳定悬浮的高新产品。由于其转子和定子没有机械接触,因此很容易实现高转速运行。然而,磁悬浮轴承控制系统具有开环不稳定特性,又是一个典型的非线性、强耦合系统,因此必须利用磁悬浮轴承控制器施加主动控制才能使其稳定悬浮。 本文设计了一种基于TMS320C6713DSP的磁悬浮轴承控制器,首先讨论了磁悬浮轴承的国内外研究现状和发展历程,阐述了本控制器的设计目的,然后分别研究了数字控制器的硬件和软件设计。 首先,围绕硬件设计,本文提出了数字控制器构成的总体方案,进行了DSP最小系统中的电源、接地和复位的设计,研究了数字控制器的三个主要组成部分的电路设计：DSP模块、FPGA模块和外扩设备模块。其中,外设模块主要包括A/D和D/A转换器,DSP模块包括了时钟电路、配置电路、EMIF接口电路、JTAG接口电路以及外部存储器SRAM和FLASH的扩展。 其次,围绕软件设计,本文将研究内容分为FPGA程序、DSP程序及PID控制算法三个部分。FPGA软件设计部分主要介绍了A/D和D/A转换器控制逻辑的实现。在DSP软件设计部分中,介绍了DSP软件开发的一般步骤,研究了CMD文件的编写方法、DSP的初始化过程以及定时器中断的产生与应用。本文的最后一部分是实验研究和总结展望。实验研究部分研究了DSP程序开发环境、FLASH程序烧写过程并以总线驱动故障分析实例阐述了基于SignalTap II逻辑分析工具的FPGA程序调试方法,然后进行了A/D转换器和D/A转换器的转换精度测试实验,最后进行了磁悬浮轴承的悬浮旋转实验。实验结果表明：本磁悬浮轴承控制器具有高运算速度的优点,将对复杂控制算法的应用具有重要意义。
【关键词】：磁悬浮轴承 TMS320C6713DSP FPGA
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3;TP273
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 磁悬浮轴承8-10
• 1.1.1 磁悬浮轴承的特性及分类8-9
• 1.1.2 磁悬浮轴承的发展历程9-10
• 1.2 磁悬浮轴承控制器的发展现状10-12
• 1.3 论文的目的和意义12-13
• 1.4 论文课题支撑项目13
• 1.5 论文的研究内容安排13-14
• 1.6 本章小结14-15
• 第二章 磁悬浮轴承控制器的总体方案15-18
• 2.1 磁悬浮轴承控制器设计需求分析15-16
• 2.2 磁悬浮轴承控制器的构成方案16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 第三章 磁悬浮轴承数字控制器的硬件研究18-35
• 3.1 DSP外围电路设计18-26
• 3.1.1 电源、接地和复位的设计18-21
• 3.1.2 时钟电路的设计21
• 3.1.3 DSP配置电路的设计21-22
• 3.1.4 JTAG接口电路的设计22-23
• 3.1.5 存储器扩展电路设计23-26
• 3.2 FPGA外围电路设计26-28
• 3.2.1 FPGA配置方式的分类26-27
• 3.2.2 FPGA配置过程27
• 3.2.3 FPGA配置电路设计27-28
• 3.3 A/D转换电路设计28-30
• 3.4 D/A转换电路设计30-31
• 3.5 PCB板布局与布线设计31-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 磁悬浮控制系统的软件研究35-51
• 4.1 基于Verilog HDL语言的FPGA程序设计35-42
• 4.1.1 时钟信号和复位信号的Verilog HDL程序设计35-37
• 4.1.2 A/D转换器的Verilog HDL程序设计37-40
• 4.1.3 D/A转换器的Verilog HDL程序设计40-42
• 4.2 基于C语言的DSP软件设计42-48
• 4.2.1 DSP软件发开一般步骤42-43
• 4.2.2 CMD文件的编写43-44
• 4.2.3 DSP初始化设计44-46
• 4.2.4 C6713DSP的定时器中断46-48
• 4.3 PID控制算法及控制流程图48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 系统调试及实验研究51-70
• 5.1 基于SignalTapⅡ的FPGA程序调试51-54
• 5.2 DSP开发集成环境与调试工具54-55
• 5.3 Bootloader程序设计及Flash烧写流程55-60
• 5.3.1 DSP的二级引导56-57
• 5.3.2 FLASH烧写57-60
• 5.4 磁悬浮轴承控制器的测试60-66
• 5.4.1 电源模块的测试方法60-61
• 5.4.2 DSP模块的测试方法61
• 5.4.3 FPGA模块的测试方法61
• 5.4.4 A/D转换器模块的测试61-64
• 5.4.5 D/A转换器模块的测试64-65
• 5.4.6 外部存储器模块的测试方法65-66
• 5.5 磁悬浮轴承控制实验研究66-69
• 5.6 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士期间发表的论文76

【参考文献】

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本文编号：613071