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21世纪是海洋的世纪,随着中国的强海之路的发展,必然对海洋智能仪器提出更高的要求,而自升沉式潜标作为其中的典型代表将重点发展。自升沉式潜标的特色在于潜标能够自主进行上浮下潜运动,从而完成海洋剖面水文参数测量。电机是拖动潜标运动的动力装置,若电机控制系统出现故障,潜标则成为固定深度的定点测量系统,实用价值大打折扣。因此,电机控制系统是潜标的重要组成部分。 无刷直流电机具有控制简单,运行可靠、便于维护等优点,FPGA具有并行运算、设计灵活、系统便于升级等优点,因此本系统使用FPGA与无刷直流电机作为潜标驱动控制系统的核心组件。此外,电机控制策略也影响着电机控制系统的性能。双闭环控制系统具有超调量小、抗负载扰动强等特点,适合于潜标电机控制系统。在软件设计方面,使用了uC/OS-II实时操作系统进行任务调度,提升系统性能。 本文的主要研究内容包括以下几个方面: 介绍了自升沉式潜标中电机控制系统组成部分,研究了无刷直流电机驱动控制系统的发展及现状,总结了FPGA控制电机的优势,探讨了使用uC/OS-II的必要性,提出了基于FPGA的潜标无刷直流电机控制系统。 探讨无刷直流电机的结构、运行原理,分析无刷直流电机几种控制方法。 设计系统的总体控制方案,包括硬件控制系统与软件控制方案。其中硬件控制系统包括FPGA片内硬件逻辑设计和片外硬件电路。软件控制方案包括转速、电流双闭环控制策略及转速测量和电流测量方法等,重点研究了双闭环控制中电流环和转速环程序流程、软硬件协同设计方法、uC/OS-II组成部分和任务划分。 列举硬件调试和软件调试遇到的问题和解决方法,并通过分析实验结果,证明了本系统的可行性和稳定性。