基于FPGA的伺服电机测速与控制系统研究

作     者：陶刚 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁汉;熊振华

授予年度：2013年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电机测速 编码器 最小二乘估计 FPGA 伺服电机控制 

摘      要：在高精度伺服控制系统中，高响应能力、高精度的传感器是伺服系统的关键技术，对于伺服电机控制，速度测量的准确程度直接影响到电机控制的稳定性和精确性。根据一般的电机测速办法，若想准确测量电机的转速，则需要借助于高精度编码器，但成本会大幅增加。本文研究如何最大程度利用低精度编码器上有限的信息、达到借助高精度编码器才会实现的测速高精度，以及在算法应用时该如何根据测速模块的特性，调节系统控制，使整个控制系统的性能重新达到最优。 在总结国内外研究现状的基础上，本文指出基于最小二乘估计的测速算法兼具算法易实现和测速效果较好两方面优点。在总结国内外已有的研究成果基础上，本文借助实验和算法模块的特性分析，对于已有的最小二乘测速算法进一步提出了改善措施;研究和总结了实际应用当中，如何避免和改善外界因素对测速的影响，以最大程度发挥其测速性能;并研究其在FPGA中实现的必要性与可行性。另外，文中还研究了在实际电机控制中，如何根据测速模块的特性调整控制系统，使系统性能重新达到最优。 仿真和电机实验结果表明：一方面，改进的最小二乘测速法有很高的测速精度，其在低线数编码器上就能达到传统测速法在高精度编码器上才会有的测速高精度;另一方面，和MF法相比，用改进的最小二乘测速法作速度反馈时，更有利于改善闭环控制系统的特性。因此，用改进的最小二乘测速法作速度反馈具有极高的实际应用价值。