基于fpga的全数字锁相环电机调速系统研究

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1、国内图书分类号：TP273学校代码:10213国际图书分类号:681.511.4密级：公开工学硕士学位论文基于FPGA的全数字锁相环电机调速系统研究硕士研究生：吴志兵导师：邱剑彬副教授申请学位：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2013年7月1日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C.:681.511.4DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringSTUDYONDIGITALPHASE-LOCKEDLOOPMOTO

2、RSPEEDCONTROLSYSTEMBASEDONFPGACandidate：WuZhibingSupervisor：Prof.QiuJianbinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlscienceandEngineeringUnit：DepartmentofAeronauticsthDateofOralExamination：July,1,2013University：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要在电动机

3、高精度调速领域，锁相伺服技术是应用得比较广泛的一种方案。它的具体实现方法分别有基于DSP的软件锁相环法、基于FPGA的数字锁相环法和锁相环专用芯片法三种。其中锁相环专用芯片法由于使用简单，不需要专门的锁相环知识，因此应用得最广泛，但是使用专用芯片有很多问题，配置不够灵活。而用FPGA实现锁相环控制，不仅解决了专用芯片配置不灵活的问题，而且比软件锁相环运算速度更快，使用FPGA还能减小外围电路的复杂程度，提高系统的抗干扰能力。因此本文对基于FPGA的全数字锁相环电机调速系统进行了探究，并提出了一种全新的全数字锁相环电机调速方案。首

4、先，对锁相环基本结构和工作原理进行了详细的介绍，然后介绍了锁相环在电机调速中的应用，分析了锁相环电机调速系统中的一些问题和技术难题。其次，针对锁相环电机调速系统的要求，提出了系统的整体设计方案，按照方案设计了硬件部分和软件部分，其中硬件部分包括FPGA+DSP控制板卡和电机H桥驱动电路，软件部分为FPGA程序模块，包括改进鉴频鉴相器、FIR环路滤波器、自适应PI控制器以及PWM生成模块。再次，对电机及驱动和FPGA中各锁相环模块建立了数学模型，按照建立的数学模型对系统控制器的参数进行了设计求解，分析了饱和特性和量化效应对系统的响

5、应状态的影响，并分析了自适应控制器加快系统响应速度的作用。最后，在设计的实验平台上，对锁相环调速系统进行了实验，验证了设计的改进鉴频鉴相器、FIR波器、自适应PI控制器和PWM生成模块的功能，并测试了在不同输入信号下系统的控制表现。关键词FPGA，锁相环，电机调速，脉宽调制，自适应控制IabstractAbstractPhase-lockedlooptechnologyinapplicationtohighprecisionmotorspeedcontrolhasattractedmoreandmoreattentionsinr

6、ecentyears.Ithasbeenfoundthattherearethreedifferentrealizationinengineerapplication,theyaresoftwarephase-lockedloopmethodbasedonDSP,digitalphase-lockedloopmethodbasedonFPGAandmethodbasedondedicatedchip.Asmethodbasedondedicatedchipissimpletouseanddoesnotrequirespecial

7、izedknowledgeofphase-lockedloop,itisthemostwidelyusedmethod.Buttherearestillalotofproblemsaboutitanditsconfigurationisnotflexibleenough.UsingFPGAtoimplementPLLcontrolnotonlysolvetheproblemofnotflexibleofusingdedicatedchips,butalsoisfasterthanthesoftwaremethod.UsingFP

8、GAcanalsoreducethecomplexityoftheperipheralcircuits,andimproveanti-jammingcapability.Thispaperismainlyfocusedontheresearchofall-dig