基于FPGA的磁轴承集成控制系统的研究
本文选题:磁悬浮轴承 + FPGA ; 参考:《南京航空航天大学》2017年硕士论文
【摘要】:磁轴承转子系统一方面向着高速化、复杂化发展,这要求控制系统具有更高的计算速度,可以处理更加复杂的控制算法;另一方面,近年来集成化控制系统迅速发展,因其可靠性好、抗干扰强和体积小等优势在工业领域得到越来越多地青睐。本文基于Altera公司的EP4系列FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)设计制作了五自由度磁轴承集成控制系统,将位置控制器和功率放大器的运算部分整合,大大缩小控制系统的体积。硬件设计包括FPGA配置、多通道A/D采样、时钟和复位电路、电源配置、电平转换以及光耦隔离等部分;软件设计包括位置控制模块、电流控制模块、时钟PLL模块、A/D采样控制模块和PWM调制模块,并且对各模块进行了功能仿真。FPGA集成控制器在自制磁悬浮飞轮试验台上进行控制性能研究。在FPGA集成控制器上采用不完全微分PID控制策略,测试了系统的动态性能,实现了转子的稳定悬浮和高速旋转。结果表明FPGA集成控制器控制精度高、运算速度快、占用空间小,并且能够实现多种控制算法,完全能够满足磁悬浮控制系统的需要。
[Abstract]:On the one hand, the magnetic bearing rotor system is developing towards high speed and complexity, which requires the control system to have a higher calculation speed and can handle more complex control algorithms; on the other hand, the integrated control system has developed rapidly in recent years.Because of its good reliability, strong anti-interference and small size, it has been more and more popular in the industrial field.Based on the EP4 series FPGA(Field-Programmable Gate Arrayof Altera Company, this paper designs and manufactures a five-degree-of-freedom magnetic bearing integrated control system, which integrates the operational part of the position controller and the power amplifier, and greatly reduces the volume of the control system.Hardware design includes FPGA configuration, multi-channel A / D sampling, clock and reset circuit, power supply configuration, level conversion and optocoupler isolation, etc. The software design includes position control module, current control module, and so on.The clock PLL module is composed of A / D sampling control module and PWM modulation module, and the control performance of each module is studied on a self-made maglev flywheel test bed.The dynamic performance of the system is tested by using the incomplete differential PID control strategy on the FPGA integrated controller. The stable suspension and high speed rotation of the rotor are realized.The results show that the FPGA integrated controller has the advantages of high control precision, fast operation speed, small space occupation, and the ability to realize various control algorithms, which can fully meet the needs of the maglev control system.
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP273;TH133.3
【参考文献】
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,本文编号:1744078
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