车载炮塔无刷直流电机调速系统数字化研究

论文摘要

火炮是地面战斗的重要武器之一。火炮炮塔是火炮的重要组成部分，其炮塔控制系统对火炮射击命中率起着决定性的作用。传统火炮炮塔控制系统采用分立元件构成，其控制精度低，电路结构复杂，体积大，炮塔射击命中率低，影响部队的战斗力。为了适应现代战争快节奏，提高部队的战斗力，本文主要以某型号传统火炮炮塔控制系统采用无刷直流电机为执行元件，对该伺服控制系统进行数字化研究。首先，依据火炮炮塔伺服控制系统的设计要求，对无刷直流电机调速系统实现的关键部分（控制器、功率管的选型和电流采集及速度计算算法）进行了方案的对比，最终决定采用以TI公司的TMS320F28335和Infineon公司的IPB019N08分别作为调速系统的微控制器和逆变电路的功率管；选用霍尔电流传感器采集电机相电流作为电流反馈方案；使用M法和T法相结合的方式计算反馈速度。其次，本文介绍了无刷直流电机的组成结构，根据三相H桥全控电路以功率管两两导通的方式详细分析了无刷直流电机的工作原理。在了解其组成结构和工作原理之上，建立了无刷直流电机的数学模型。在控制策略上，选用速度电流双闭环控制策略，利用无刷直流电机的数学模型，建立了调速系统的动态结构框图，应用Matlab工具完成系统仿真，为后续的实验调试提供了理论依据。然后，根据调速系统实现方案，设计了调速系统硬件电路和开发了系统软件功能模块。硬件上，调速系统主要包括微控制器最小系统电路、外扩AD采集电路、驱动器电路和逆变电路等，详细介绍了它们的电路原理和设计要点。在软件上，结合调速系统硬件平台，采用模块化设计的原则，开发了电流采集、PWM产生、RS-422通信和速度计算等功能模块，详细描述了各功能模块的数据结构和软件流程图。最后，对整个调速系统进行软硬件调试，进行了相关的实验，并给出了实验结果。实验结果表明该调速系统性能稳定、运行良好，取得了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.3 课题的研究内容及论文结构安排
• 第2章 系统总体方案的选择
• 2.1 系统技术要求
• 2.2 系统技术方案
• 2.2.1 系统组成结构
• 2.2.2 系统关键部分的选择
• 2.3 本章小结
• 第3章 无刷直流电机工作原理及系统仿真
• 3.1 无刷直流电机的基本组成
• 3.1.1 定子
• 3.1.2 转子
• 3.1.3 霍尔传感器
• 3.2 无刷直流电机的工作原理
• 3.3 无刷直流电机的数学模型
• 3.4 调速系统仿真
• 3.4.1 控制策略
• 3.4.2 电流环设计
• 3.4.3 速度环设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 调速系统硬件电路的实现
• 4.1 系统硬件总体框架
• 4.2 系统硬件电路设计
• 4.2.1 TMS320F28335 最小系统设计
• 4.2.2 ADS8556 接口电路设计
• 4.2.3 位置检测电路
• 4.2.4 编码器处理电路
• 4.2.5 RS-422 通讯电路
• 4.2.6 驱动电路
• 4.2.7 功率变换电路
• 4.3 电磁兼容性 EMC 设计
• 4.3.1 滤波
• 4.3.2 隔离
• 4.3.3 接地设计
• 4.3.4 布局布线
• 4.3.5 PCB 设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统软件开发
• 5.1 软件开发工具和系统流程
• 5.2 系统程序的设计
• 5.2.1 系统主程序
• 5.2.2 霍尔检测模块
• 5.2.3 QEP 测速模块
• 5.2.4 PWM 产生模块
• 5.2.5 电流采集模块
• 5.2.6 PID 控制器
• 5.2.7 驱动模块
• 5.2.8 RS-422 通信
• 5.2.9 PWM 中断程序
• 5.3 PC 机调试工具的开发
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统集成调试及结果
• 6.1 实验平台的组成
• 6.2 系统调试
• 6.2.1 功能模块调试
• 6.2.2 系统性能测试
• 6.3 换相转矩脉动分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢