基于FPGA的转塔测角及驱动控制系统研究

摘要

目前转塔系统在航天工业、兵器工业以及自动化控制工业应用越来越来广泛。伴随着相关技术的发展，对转塔系统的要求也越来越高，要求精度高、响应快，能快速的跟踪目标、到达指定位置，实现精密定位、速率跟踪和随动功能等等。本课题以转塔设计项目为背景，构建了转塔的测角系统及驱动控制系统，对二者，重点是双通道测角系统进行了相关的研究、分析工作。
　　首先，论文对双通道测角系统进行了研究。为了提高测角精度进而提高整个转塔系统的精度，本设计采用双通道测角系统。论文分析了双通道旋转变压器的工作原理、双通道测角系统的原理，对测角系统的主要部分：激磁电源、轴角变换、粗精耦合进行了设计分析。为了尽可能地提高精度，对测角系统的可能误差进行分析，并提出了误差补偿的方法。
　　其次，针对采用专用轴角转换芯片的测角系统存在的某些不足，论文运用FPGA构造数字RDC，进而构成基于数字RDC的测角系统，对作为核心部分的数字RDC算法进行了研究。分别研究了基于改进CORDIC算法、基于锁相环、基于隆伯格观测器的三种数字RDC算法，并进行了比较分析。之后对三种算法利用MATLAB/Simulink进行仿真研究，验证了各算法的正确性。
　　再次，论文对转塔系统采用的基于FPGA的永磁同步电机的驱动控制系统进行了分析，主要分析了永磁同步电机的数学模型及其控制策略。
　　最后，分别构建了转塔测角系统和驱动控制系统的硬件结构，设计了相关的电路。利用Verilog-HDL语言开发了数字RDC测角系统和驱动控制系统的三角函数计算、PID控制器、坐标变换、SVPWM等功能模块，并对主要模块进行了仿真和实验验证。最终，通过相关实验结果对论文的研究工作进行了验证。