主-被动隔振实验平台的数字型PWM开关式驱动电路设计和硬件架构搭建

摘要

根据我国航天技术的发展规划，在载人航天工程二期中，将建设载人空间实验室，以开展一系列空间科学实验，这些实验包括空间基础物理学、空间材料科学、空间生命科学和生物技术科学等微重力科学实验。微重力主动隔振系统是一套服务于具有微重力水平需求的空间微重力科学实验载荷的支撑平台。该系统首先用位移传感器和加速度传感器测量实验载荷的振动信息，然后利用控制器对位移传感器和加速度传感器测量到的振动信息进行数据处理并得到相应的控制指令，最后使用控制指令驱动电磁激励器对实验载荷施加一定的力来抑制其振动，为微重力科学实验提供环境保障。在此背景下，本文做了以下工作:
　　(1)根据电磁激励器的驱动电路的性能要求,分析和设计了数字型PWM(Pulse Width Modulation)开关式驱动电路。电路的设计主要由DSP(Digital Signal Processor)芯片TMS320F2808-ep、驱动芯片DRV8432、A/D转换器ADS1258-ep以及其它功能电路完成。编写了数字型PWM开关式驱动电路相关的程序，包括:PWM产生程序、A/D采集电压程序、SPI(Serial Peripheral Interface)通信程序和PI(Proportional Integral)调节程序。
　　(2)依据电磁激励器的驱动电路的性能要求对电磁激励器的数字型PWM开关式驱动电路进行了测试。主要包括:输入与输出关系测试、输出电流灵敏度测试、阶跃响应测试、电流纹波测试、效率测试和恒流特性测试，结果表明:驱动电路的输入与输出关系、输出电流灵敏度、电流纹波、效率和恒流特性均满足微重力主动隔振系统对电磁激励器的驱动电路的要求，但是阶跃响应测试中的超调量较大，针对此问题，需要进一步优化电路。
　　(3)按照主-被动隔振实验平台的隔振功能要求，搭建了主-被动隔振实验平台的硬件架构。包括:主-被动隔振实验平台关键器件的选型、整体结构的搭建以及部分电子系统的设计，给出了主-被动隔振实验平台关键器件和整体结构的机械设计图和实物图。
　　最后，对本文的研究进行了总结归纳，并对需要进一步研究的工作给出了建议。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和选题意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隔振技术研究现状

1．2．2 电磁激励器研究现状

1．2．3 电磁激励器的驱动电路研究现状

1．3 本文的主要内容和章节安排

1．4 本章小结

2 驱动电路的性能要求与关键器件的选型

2．1 电磁激励器的驱动电路的性能要求

2．1．1 输入与输出关系

2．1．2 输出电流灵敏度

2．1．3 阶跃响应

2．1．4 电流纹波

2．1．5 效率

2．1．6 恒流特性

2．2 驱动电路的关键元器件的选型

2．3 本章小结

3 电磁激励器的数字型PWM开关式驱动电路的设计与实现

3．1 引言

3．2 数字型PWM开关式驱动电路的分析

3．3 数字型PWM开关式驱动电路的硬件设计

3．3．1 电路母图

3．3．2 电源模块

3．3．3 测温模块

3．3．4 DSP控制电路

3．3．5 驱动模块

3．3．6 A／D转换模块

3．3．7 VPX高速串行接口模块

3．3．8 数字型PWM开关式驱动电路的硬件电路板的实现

3．4 数字型PWM开关式驱动电路的软件编程

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 性能测试

4．2．1 输入与输出的关系

4．2．2 输出电流的灵敏度

4．2．3 阶跃响应

4．2．4 电流纹波

4．2．5 效率

4．2．6 恒流特性

4．3 本章小结

5 主-被动隔振实验平台的硬件架构搭建

5．1 引言

5．2 机械结构的设计

5．2．1 隔振弹簧的选型

5．2．2 位移传感器的选型

5．2．3 主-被动隔振实验平台的整体结构搭建

5．3 电子系统的设计

5．3．1 电涡流传感器的标定

5．3．2 浮子位移变化的采集

5．4 本章小结

6 结论与进一步工作建议

6．1 本文结论

6．2 对后续研究工作的建议

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集