基于DSP和FPGA的高精度交流伺服系统研究

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1、华中科技大学硕士学位论文基于DSP和FPGA的高精度交流伺服系统研究姓名：王中申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：黄声华20060509摘要随着航天科技的发展，卫星通讯显得越来越重要。要实现卫星的数据传输，天线需要对目标进行精确的定位与跟踪。由于距离遥远，相对移动速度低，要求卫星天线伺服驱动系统能对目标进行高精度超低速的伺服跟踪。本文在总结国内外有关文献的基础上，开展了对卫星天线伺服驱动系统的理论研究和应用实践，研究内容主要有下面四个部分。第一部分介绍了交流伺服系统和永磁同步电机的基本理论。第一章介绍了交流伺服系统的组成、发展历史、现状和

2、发展方向；第二章推导了永磁同步电机的数学模型，总结了其矢量控制的基本原理。第二部分对线性放大电路做了详细的分析。第三章总结了线性放大电路的组成和基本类型，重点分析了其功耗和效率，并和其他类型的电路进行了比较。第三部分研究了伺服控制系统的相关内容。第四章对控制系统的组成和基本特性进行了分析。介绍了卫星天线伺服系统的控制策略，建立MATLAB下的系统仿真模型，对系统的稳态和动态特性进行了仿真；分析了其位置和速度检测方法及误差来源；分析了伺服系统的控制环路；介绍了速度环参数的整定方法及其对控制系统的影响；总结了影响转速特性的因素。第四部分详细介绍了两种以不同控

3、制芯片为核心构成的卫星天线伺服系统。一种是基于DSP的控制系统；另一种是基于FPGA的控制系统。第五章介绍了DSP芯片的基本原理及DSP控制系统硬件设计；第六章介绍了DSP控制系统的软件设计；第七章介绍了FPGA控制系统的结构、硬件和模块设计并对这两种控制方案进行了比较；第八章给出了基于DSP控制系统的试验结果和分析。最后对全文进行总结。关键词：交流伺服系统，线性放大，矢量控制，DSP，FPGAIAbstractWiththedevelopmentofaerotechnicssatelliticcommunicationbecomesmoreandmor

4、eimportant.Inordertoimplementthesatelliticdatatransmission,theantennamusttargetandtrackthegoalprecisely.Highprecisionandultra-lowspeedservosystemmustbeappliedastheresultofremotedistanceandrelativelowspeed.Basedonanoverallreviewofrelatedpaperspublishedathomeandabroadthisdissertati

5、onisdevotedtothecontroltheoriesandimplementationofsatelliticantennaservosystem.Themaincontentcanbedividedintothefollowingfoursections.Thefirstsection(chapter1and2)isconcernedwiththebasicprincipleofACservosystemandPermanentMagnetSynchronousMotor(PMSM).Inthefirstchapterbackground,d

6、evelopment,presentsituationandfutureprospectofACservosystemisdescribedindetail.ThenthemathematicmodelofPMSMandthebasicprincipleofvectorcontrolstrategyareconcludedinchaptertwo.Thesecondsection(chapter3)focusesonlinearstage.Linearstageisappropriateinthishighprecisionservosituation.

7、Thelinearpowerstageisdiscussedindetailinchapterthreeincludingtheconstitution,basictype,powerconsumption,efficiency.Thecomparisonbetweenlinearpowerstageandothercircuitformisalsogiven.Thethirdsection(chapter4)analyzesthecontrolsystemofsatelliticantennaservosystemincludingtheMATLABs

8、imulationmodelandsimulationresult,speeda