本文關(guān)鍵詞：基于DSP的壓電電機數(shù)字驅(qū)動電源研究

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【摘要】：針對高端制造裝備對大行程、高精度直線運動機構(gòu)的廣泛需求,研究集宏微運動于一體的新型直線壓電電機,提出交流宏驅(qū)動和直流微驅(qū)動兩種工作模式,即利用納/微米級的微運動補償宏運動由于精度不足造成的誤差,實現(xiàn)高精度、大行程、高頻響的精確定位控制。由于驅(qū)動控制系統(tǒng)性能好壞直接影響著壓電電機的性能,為此,本文針對集宏微一體的直線壓電電機,建立相適應(yīng)的電源驅(qū)動系統(tǒng)。文章介紹了壓電直線電機的運行機理,及現(xiàn)有的驅(qū)動方案,并根據(jù)壓電直線電機對驅(qū)動電源性能的要求,提出可控硅整流+DC-DC半橋變換器兩級級聯(lián)的電壓控制,以獲得分辨率高,頻帶寬的可調(diào)電壓,并根據(jù)多級調(diào)節(jié)的電路特點提出兩種控制器相融合的控制策略,提高系統(tǒng)的運行效率。系統(tǒng)采用DSP28335為核心控制器,實現(xiàn)壓電電機的信號發(fā)生器、系統(tǒng)監(jiān)測、控制算法等功能,實現(xiàn)對系統(tǒng)的精密控制。電源驅(qū)動系統(tǒng)主要分為兩部分:硬件電路與軟件程序編程。硬件電路包括:可控硅整流調(diào)壓及過零點信號檢測電路,實現(xiàn)電網(wǎng)過零信號的檢測以及整流調(diào)壓;高頻半橋變換電路,實現(xiàn)電壓提升以及原副邊隔離,并通過提高開關(guān)頻率減小系統(tǒng)體積,實現(xiàn)小型化;半橋變換電路,通過控制半橋電路中MOS管的通斷,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對壓電電機宏微驅(qū)動的高效轉(zhuǎn)換,更能通過控制MOS管的通斷頻率、不同橋的相序,實現(xiàn)壓電電機的速度控制;隔離驅(qū)動電路,實現(xiàn)控制器與被控對象的電氣隔離,放大驅(qū)動信號,驅(qū)動MOS管通斷,是高低壓連接的一座橋梁;采樣/保護電路,針對控制對象非線性、耦合性等問題,對系統(tǒng)進行閉環(huán)反饋調(diào)節(jié),提供驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性,保護系統(tǒng)正常運行;多路低壓電源輔助電路,為控制芯片、控制器等提供穩(wěn)定,為系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供基本保障。軟件設(shè)計包括:ADC的轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn),PWM控制信號的生成,控制策略的設(shè)計以及輸出狀態(tài)的監(jiān)測保護等。輸入控制信號及采樣信號通過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,為控制器提供輸入量,實現(xiàn)對輸出狀態(tài)的控制,控制器針對輸入控制量的大小或改變PWM波形的頻率、占空比、相位或改變IO口的輸出狀態(tài),實現(xiàn)幅值0~600V動態(tài)調(diào)節(jié),相位-90°~90°調(diào)節(jié),分辨率為1°;頻率為20~70KHz調(diào)節(jié),分辨率為10Hz;占空比為0~100%調(diào)節(jié),分辨率為1%,并通過LCD顯示實時監(jiān)測的控制狀態(tài)。針對文章進行的理論分析,對各個模塊進行試驗驗證,試驗表明各個模塊都能正常運行,并且對各個模塊進行改進后,性能都明顯提高。同時針對不同類型的壓電電機進行試驗分析,試驗表明各個壓電電機均能正常穩(wěn)定的運行,電源驅(qū)動系統(tǒng)不僅能夠驅(qū)動宏/微壓電電機,也可用于單獨驅(qū)動宏驅(qū)動(如:TRUM60)或微運動(鈸型驅(qū)動器),具有良好的通用性。
【關(guān)鍵詞】：宏微驅(qū)動 可控硅 半橋 電源 壓電電機 DSP
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46;TM359.9
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1. 引言10-18
• 1.1 課題設(shè)計背景與研究意義10
• 1.2 精密定位平臺的發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.3 電驅(qū)動電源的發(fā)展現(xiàn)狀13-16
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容16-18
• 2 壓電直線電機及控制方案的概述18-23
• 2.1 壓電電機運行機理及驅(qū)動方案18-20
• 2.1.1 壓電電機結(jié)構(gòu)18
• 2.1.2 壓電直線電機工作機理18-20
• 2.2 開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu)概括20-21
• 2.2.1 常用拓撲結(jié)構(gòu)類型20
• 2.2.2 常用拓撲結(jié)比較20-21
• 2.3 新型驅(qū)動電源拓撲結(jié)構(gòu)選擇21-23
• 2.3.1 驅(qū)動電源性能要求21-22
• 2.3.2 驅(qū)動電源主結(jié)構(gòu)確定22-23
• 3 驅(qū)動電源主電路設(shè)計23-52
• 3.1 多路輸出低壓輔助電路設(shè)計23-32
• 3.1.1 多路輸出低壓電路方案設(shè)計24-25
• 3.1.2 多路輸出低壓主電路參數(shù)計算25-32
• 3.2 半橋變換電路32-33
• 3.3 檢測電路設(shè)計33-35
• 3.4 雙驅(qū)動隔離電路設(shè)計35-39
• 3.4.1 MOSFET管電壓型驅(qū)動電路類型35-37
• 3.4.2 器件選型及參數(shù)設(shè)計37-39
• 3.5 匹配電路設(shè)計39
• 3.6 主電路拓撲結(jié)構(gòu)分析39-49
• 3.6.1 輸入保護濾波電路設(shè)計39-42
• 3.6.2 可控硅整流調(diào)壓電路設(shè)計42-44
• 3.6.3 半橋主拓撲電路設(shè)計44-46
• 3.6.4 變壓器設(shè)計46-47
• 3.6.5 關(guān)鍵器件選型及設(shè)計47-48
• 3.6.6 直流輸出濾波電路設(shè)計48-49
• 3.7 PCB板制作及注意事項49-52
• 4 驅(qū)動電源軟件設(shè)計52-69
• 4.1 總體軟件設(shè)計52-54
• 4.2 AD轉(zhuǎn)換設(shè)計54-57
• 4.3 PWM信號設(shè)計57-61
• 4.4 多種信號產(chǎn)生設(shè)計61-63
• 4.5 雙輸入單輸出控制策略方法63-69
• 4.5.1 可控硅模糊控制器設(shè)計65-66
• 4.5.2 直流高壓電源增量式模糊PID控制器設(shè)計66-69
• 5 系統(tǒng)試驗及比較分析69-80
• 5.1 試驗硬件結(jié)構(gòu)平臺69-70
• 5.2 各個模塊功能測試以及數(shù)據(jù)分析70-76
• 5.2.1 可控硅調(diào)壓模塊功能測試及分析70-71
• 5.2.2 AD轉(zhuǎn)換模塊功能測試與分析71-72
• 5.2.3 驅(qū)動隔離信號功能測試及數(shù)據(jù)分析72-73
• 5.2.4 PWM模塊功能測試及數(shù)據(jù)分析73-74
• 5.2.5 多路輸出模塊功能測試及數(shù)據(jù)分析74-76
• 5.3 驅(qū)動系統(tǒng)整體測試76-80
• 5.3.1 多輸入反饋控制器對驅(qū)動系統(tǒng)影響測試76-77
• 5.3.2 驅(qū)動系統(tǒng)空載試驗分析77
• 5.3.3 驅(qū)動系統(tǒng)負載試驗分析77-79
• 5.3.4 微驅(qū)動試驗分析79-80
• 6 總結(jié)與展望80-82
• 6.1 總結(jié)80-81
• 6.2 展望81-82
• 致謝82-83
• 參考文獻83-85
• 附錄A85-86
• 附錄B86-88
• 附錄C 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及獲獎情況88

【參考文獻】

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本文編號：1035397