【摘 要】
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针对飞轮稳速控制系统高精度的要求,目前广泛采用锁相环控制方案,其实现方法有锁相环专用芯片、基于DSP的软件锁相环和基于FPGA的数字锁相环三种。FPGA实现锁相环控制,不仅运
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针对飞轮稳速控制系统高精度的要求,目前广泛采用锁相环控制方案,其实现方法有锁相环专用芯片、基于DSP的软件锁相环和基于FPGA的数字锁相环三种。FPGA实现锁相环控制,不仅运算速度快,而且可以并行处理,从而能够克服运算量大、运算时间长等缺点,因此本文确定采用基于FPGA的锁相环控制方案。首先,为了验证锁相环电机控制系统的性能,从锁相环工作原理入手,分别建立了锁相环电路的鉴频鉴相器、环路滤波器和压控振荡器模型,在此基础上构建了飞轮电机的锁相环控制系统模型,并根据稳定性理论分析给出锁相环控制系统的最低转速极限,仿真结果表明了锁相环控制方案能够满足系统的性能指标。其次,在模型仿真验证的基础上,采用FPGA完成了十状态流的鉴频鉴相器、IIR环路滤波器、PWM脉宽调制和换相逻辑等锁相环各个功能模块的设计,并进行了波形仿真验证。针对锁相环飞轮稳速控制系统的硬件实现,完成了H桥逆变驱动电路以及限流保护和泵升泄放电路,构建了基于FPGA的锁相环飞轮稳速控制系统平台。最后,对搭建的锁相环控制系统平台,进行了飞轮稳速控制实验,验证了鉴频鉴相、环路滤波、PWM脉宽调制、换相逻辑等模块的功能,并在设定转速下验证了系统的控制性能。
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