单芯片交流伺服电动机速度控制器的实现

采用磁场定向矢量控制(FOC)和空间矢量脉宽调制方式(SVPWM),通过模块化的EDA设计方法在单个FPGA芯片内综合了包括:FOC、SVPWM、电流环、速度环PI调节器、通讯接口等复杂的控制模块。介绍了相关控制模块的控制原理和设计思想,并给出了EDA设计的仿真结果,最后给出了速度控制实验波形。由于采用了矢量控制,与VVVF感应电动机速率伺服系统相比具有更好的线性调速特性和动态性能。     

基于两相正交开关霍尔传感器的混合型转子位置预估方案的FPGA实现

提出了一种利用两相正交的锁定型开关霍尔传感元件对正弦波永磁同步电动机转子位置进行预估计的新型数字电路设计方案,并进行了误差分析,最后在可编程逻辑器件FPGA上完成了布局布线和时序验证.仿真和实验结果表明稳态时能够获得比较高的位置精度,而且性价比比较合理,可以与其他功能模块或IP芯核相结合应用在低成本的简易正弦驱动场合.     

定子无铁心飞轮电机绕组涡流损耗分析

定子无铁心飞轮电机的绕组完全暴露于变化的磁场中,高速运行时绕组导体产生的涡流损耗很大,严重影响电机效率。本文推导了圆形导体在变化磁场中的涡流损耗模型,进而建立了飞轮电机绕组涡流损耗的计算模型。涡流损耗模型由两部分组成,一部分是由径向磁场产生的损耗,另一部分是由切向磁场产生的损耗,径向磁场和切向磁场可以通过求解电机静磁场或有限元仿真计算得到。文章结合有限元仿真计算得到的磁场对绕组的涡流损耗进行了估算,并对飞轮电机样机进行实验,实验结果证明了相关理论的正确性。     

卫星电源系统锂电池主从式均衡管理单元

提出一种适用于卫星电源系统的主从式架构锂电池均衡管理单元(CEMU),由主控模块、均衡模块和旁路模块等模块构成。旁路模块可进行选择性配置,主控模块负责均衡和旁路控制,而均衡模块采用基于双向DC/AC变换器的主动均衡,可在实现低损耗、动态均衡的同时完成高精度单体电池电压采样。这里设计了一款四节电池串联电池组CEMU,实验表明串联单体电压可实现高效快速均衡,均衡精度优于15 mV,单体电压采样精度优于5 mV。     

多轴伺服控制器的片上系统设计

针对数字伺服控制算法及片上系统集成技术的问题,依据矢量控制和伺服系统设计理论,建立了磁场定向矢量控制器、速度控制器和位置控制器等高性能IP核模型,开发了坐标变换、速度测量、SVPWM、反时限保护、PID调节器、电子齿轮、前馈控制及滤波器等关键算法模块,详细规划了各模块的调度时序。在此基础上,进一步集成了RISC微处理器模块,并采用时分复用设计方法,在FPGA工艺平台中最终实现了多轴伺服控制器片上系统。实验结果表明,该芯片能够接收脉冲命令、模拟命令或数字命令,既可以工作在位置控制模式,也可以配置为速度伺服或力矩驱动模式,每个轴的运行是相对独立的,并且控制参数在线可编程。     

PMSM无位置传感器控制中数字滑模观测器抖振现象分析与抑制

通过对永磁同步电机(PMSM)反电动势滑模观测器观测结果进行加窗快速傅里叶变换(FFT)频谱分析,发现抖振信号频谱范围较宽、幅值较大,观测结果无法直接使用,低通滤波器使得观测信号发生变化,难以精确补偿。本文提出了一种以电流和磁链为观测对象的扩展滑模观测器,磁链观测结果由磁链实际值和经过滤波后的抖振信号组成。根据磁链观测结果的频谱分析,抖振现象的影响可以忽略不计,转子角度可以由磁链观测结果直接计算,不需要低通滤波,避免了相位滞后。着重分析了速度估计误差对观测结果和转子角度计算的影响,并以此为基础进行反馈矩阵计算。仿真和实验结果表明该方法能够准确计算出电机的位置和速度,使系统具有良好的稳态精度和动态性能。     

一相开路双三相永磁同步电机建模与控制

根据一相开路故障状态下四种不同的中线连接方式以及相应的电流约束条件,采用矢量空间解耦的建模方法,确定了不同的坐标变换阵,建立了一相开路双三相永磁同步电机的数学模型。每一个模型都被分别映射到参与机电能量转换的d-q子空间和与机电能量转换无关的z1-z2-z3子空间中,各模型在d-q子空间的方程具有相同的结构形式和不同的系数矩阵。通过将z1-z2-z3子空间的电流给定值设为零,就可以得到各种连接方式下的定子铜耗最小矢量控制策略。仿真与实验结果表明,电机在各种连接方式下缺相运转正常,从而有效提高了整个系统的容错能力。     

三段式门极驱动抑制MOSFET关断过冲振荡的研究

针对电机等感性负载电路中,金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconduc-tor field effect transistor,MOSFET)关断瞬间容易产生高幅值的高频电压振荡,不仅增加了系统的电压应力,还为系统带来严重的电磁干扰的问题,对MOSFET的关断行为进行研究,通过分析低侧功率驱动电路中门极电压对MOSFET关断过程的影响,推导出了关断过冲电压随门极电压变化的关系式;基于分析提出了闭环的三段式门极电压控制方法,并设计了电路,电路在漏极电压首次超过母线电压的瞬间,自动生成一段辅助电平信号,并施加至门极,用以抑制电压过冲和振荡。分析及实验结果表明,该电路简单、灵活、动态响应迅速,可以非常有效的抑制高幅值的高频电压振荡。     

应用嵌入式操作系统的交流伺服单元

针对交流伺服单元中日益丰富的功能与软件实现复杂性之间的矛盾,将嵌入式操作系统引入到交流伺服单元的设计中,对其在微处理器上的移植过程进行了深入研究。分析了堆栈结构的动态过程和静态初始结构,给出了堆栈的具体操作和相关参数配置,并实现了临界区的访问方法,提出了以此为基础的伺服单元任务划分和任务实现结构。实际运行表明,操作系统运行稳定,在可预测的时间内对外部事件做出响应,任夸划分合理,避免了频繁任务切换和优先级倒置。     

基于软硬件协同设计的数控系统的研制

文章采用基于软硬件协同设计的方法研制开放式数控系统。在建立系统三层结构数学模型基础上,通过分析系统约束条件和优化目标,划分了系统软硬件功能,并建立了硬件抽象层,最后对系统软硬件功能进行了详细设计。目前,该系统在广州机床厂数控铣床上进行加工实验,加工半球的圆度误差小于12μm,实验结果满足工厂对数控系统的精度要求。