雷达专用伺服驱动系统的开发与应用

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本论文选题源于某小型雷达导引头伺服系统和机载气象雷达转台伺服系统研制项目的实际需求。由于系统提供的空间极为有限,一般商用驱动器由于体积原因,无法满足在有限空间内安装布置的实际要求。基于此需求,开发两种系统的专用伺服驱动单元。由于两种系统的控制对象分别为有刷直流电机和无刷直流电机,本论文将围绕有刷直流电机和无刷直流电机的驱动系统设计分别展开。  首先论述有刷直流电机的基本工作原理,接着介绍整个伺服驱动系统硬件电路设计,硬件电路主要包括驱动模块、控制模块两大模块。驱动模块采用模拟电路搭建,采用集成H桥,外围设计电流采样电路、滤波电路、信号放大电路、模拟PI调节电路以及加法器电路等实现电流环闭环功能,并详细介绍电阻采样电路和模拟PI调节器的设计。控制模块采用以DSP+FPGA为核心的数字电路设计,DSP用于算法实现,FPGA用于扩展接口电路的设计。控制模块实现位置环和速度环的控制,采用数字PID控制算法实现。  然后介绍无刷直流电机的基本结构、工作原理,并利用Simulink仿真工具建立整个伺服驱动系统的模型,根据实际系统参数进行仿真。同时设计了驱动系统的硬件电路,包括功率驱动电路和控制电路。功率驱动电路采用以IR2136驱动芯片为核心的三相全桥电路的设计。详细介绍了电源转换电路、PWM隔离电路、IR2136驱动电路、三相全桥逆变电路和过流保护电路,并对关键元器件的参数进行计算分析和选型。控制电路采用DSP为控制器的设计,具体包括DSP系统电路、A/D采样电路、捕获电路、串口通信电路以及保护电路等。之后介绍软件框架组成,详细介绍了电机起动、电机换向、电流检测、速度和位置检测等主要子程序的开发。  最后对两种伺服驱动系统进行系统调试。介绍了测试过程中遇到的实际问题及解决的办法。测试结果表明驱动系统满足性能指标要求。文章最后对全文工作进行总结,并提出了本设计中存在的不足与改进之处。
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