CT_Gantry无刷直流电动机控制系统的研究

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本文以医用CT机架(CT Gantry)的无刷直流电动机控制系统的研制为背景,对CT机控制台中的CT_Gantry运行过程控制软件以及大转动惯量负载下无刷直流电动机系统高精度驱动控制的方法进行了研究。控制台是医用CT的核心,CT机的所有的动作都是由它发出命令完成的,它与CT_Gantry的运行密切相关。因此本文首先研究了CTGantry运行过程控制软件从IRIX操作系统到LINUX操作系统的移植和实现;由于CT Gantry具有大转动惯量的特点,而大转动惯量负载下无刷直流电动机系统的高精度速度和位置控制又是无刷直流电动机系统研制的难点。因此,本文着重对大转动惯量负载下无刷直流电动机系统各种速度和位置控制方法的控制效果进行了仿真研究。 LINUX操作系统作为自由式软件,以其优良的性能和源代码开发的特点,在越来越广泛的领域得到了应用。本文从系统软件设计的角度,对控制台中CT Gantry运行过程控制软件的功能和结构进行了分析;研究了在LINUX操作系统下使用select()函数实现多路I/O切换的事件管理器以及在该操作系统下一种实现串行数据透明传输的方法。 本文在Matlab的Simulink环境中建立了CI_Gantry无刷直流电动机系统的仿真模型,对CT_Gantry无刷直流电动机系统采用不同的电流调节器、速度调节器和位置调节器时的速度和位置控制效果进行了仿真研究。首先比较和分析了分别采用滞环电流控制法、次谐波电流控制法、空间矢量电流控制法时的CT_Gantry无刷直流电动机系统的电流控制效果,确定了最佳电流控制方法。其次比较和分析了以次谐波电流调节器做为内环,分别采用传统的PI调节器、模糊控制调节器、单神经元PI自适应调节器做为速度环调节器时的CT_ Gantry无刷直流电动机系统的速度控制效果,确定了最佳速度控制方法。最后比较和分析了分别采用传统的PI调节器、单神经元PI自适应调节器、滑模变结构调节器做为位置环调节器,并与不同的速度调节器相结合时的CT Gantry无刷直流电动机系统的位置控制效果,提出了以传统PI调节器与单神经元PI自适应调节器相结合的位置控制新方法。 本文在Motorola公司的DSP56F807上初步实现了仿真中所得到的最佳速度控制方法,初步完成了CT_Gantry无刷直流电动机速度控制系统的硬件连接和软件编程。实验结果表明采用DSP56F807可以很方便地实现对正弦波无刷直流电动机的驱动控制。
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