论文题目：驱控一体运动控制器电磁兼容关键技术研究
摘要：随着自动化以及计算机等行业的发展,运动控制技术也取得了长足的进步,随着市场上对于控制设备性能以及产品升级的需要,市场对于运动控制器的要求也不断提高。一直以来运动控制系统多采用控制和驱动分离的设计模式,这种设计方法已经无法满足更高要求的工业应用。在工控设备日趋小型化、集成化的发展趋势下,对于驱动和控制一体化的研究十分必要。随着运动控制器中开关器件开关速度以及系统时钟频率的不断提升,工业领域中电磁兼容问题愈发突出,信号传输线间串扰、反射、辐射电磁干扰等问题对系统的正常运行产生影响。本文以驱控一体运动控制器硬件为研究对象,对电磁兼容问题进行研究,主要内容包括以下几个方面:第一,研究驱控一体运动控制板卡中信号完整性问题,分析信号完整性问题对电磁干扰的影响。首先,基于运动控制板卡电路,搭建仿真模型,通过仿真分析影响信号传输质量的因素,包括信号线间串扰、信号反射以及差分信号传输。研究信号完整性对辐射发射水平的影响,分别讨论传输线端接、传输线类型和时钟信号对辐射电磁干扰的影响,验证信号完整性与电磁干扰之间的关系,并提出抑制措施抑制传输线级别的电磁干扰问题。第二,设计运动控制板卡中电源模块,分析DC-DC与LDO两种电源稳压电路的实现机理与影响其供电质量的因素,通过搭建实验平台,设计实验方案进行对比实验,分析影响DC-DC与LDO电源供电质量因素,研究结果表明正确的去耦电容、电感选择对于输出电源稳定性起到关键作用。第三,对运动控制器的电磁干扰抑制方法进行讨论分析。分别从干扰源与辐射耦合路径两个角度对运动控制器进行电磁干扰的抑制,包括使用时钟展频、屏蔽和铁氧体磁环方法,针对每种抑制措施分析其机理。最后搭建实验平台,在暗室环境中进行对比实验,验证以上抑制措施的有效性。研究表明硬件电路设计中存在的信号完整性、电源完整性与电磁兼容性问题之间相互影响,需要对三者进行整体分析,从而提高硬件电路的电磁兼容性能。
关键词：驱控一体;信号完整性;电源完整性;电磁干扰
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 驱控一体技术研究现状
1.2.2 PCB电磁兼容建模研究现状
1.2.3 电磁干扰抑制方法研究现状
1.3 本文主要工作
1.4 论文的结构安排
第二章 驱控一体运动控制器硬件电路
2.1 驱控一体运动控制器硬件架构
2.1.1 运动控制器硬件架构
2.1.2 运动控制器硬件电路实现
2.2 驱控一体运动控制器电磁兼容问题分析
2.2.1 运动控制器串扰及反射分析
2.2.2 运动控制器差分传输分析
2.2.3 运动控制器电源完整性分析
2.3 本章小结
第三章 驱控一体运动控制板卡的信号完整性分析
3.1 控制板卡SDRAM信号线串扰分析
3.1.1 控制板卡SDRAM串扰机理分析与建模
3.1.2 控制板卡SDRAM信号线串扰的影响因素
3.2 控制板卡SDRAM信号线反射与阻抗特性分析
3.2.1 SDRAM信号线反射机理分析
3.2.2 SDRAM数据线端接对信号反射影响
3.2.3 SDRAM数据线线宽对反射影响
3.2.4 SDRAM时钟线端接阻值对过冲影响
3.3 控制板卡CAN总线差分信号传输特性分析
3.3.1 CAN总线差分信号机理分析与建模
3.3.2 CAN总线终端电阻对差分传输影响
3.4 驱控一体运动控制板卡辐射电磁干扰分析
3.4.1 传输线电偶极子辐射模型
3.4.2 控制板卡传输线端接对辐射电磁干扰影响
3.4.3 控制板卡传输线对辐射电磁干扰影响
3.4.4 控制板卡时钟频率对辐射电磁干扰影响
3.5 本章小结
第四章 驱控一体运动控制板卡的电源完整性分析
4.1 驱控一体运动控制板卡电源架构
4.2 驱控一体运动控制板卡的电源硬件电路
4.2.1 DC-DC电源模块系统搭建
4.2.2 LDO电源模块系统搭建
4.3 控制板卡电源模块的传导电磁干扰分析
4.3.1 控制板卡电源模块的传导电磁干扰测量平台
4.3.2 DC-DC电源模块的传导电磁干扰分析
4.3.3 LDO电源模块的传导电磁干扰分析
4.4 本章小结
第五章 驱控一体运动控制器电磁干扰抑制方法研究
5.1 驱动一体运动控制器的电磁干扰测试环境
5.2 基于展频的时钟信号线辐射电磁干扰抑制
5.2.1 时钟展频抑制原理分析
5.2.2 时钟信号线辐射电磁干扰抑制实验验证
5.3 基于铁氧体磁环控制板卡电源模块传导电磁干扰抑制
5.3.1 铁氧体磁环抑制原理分析
5.3.2 运动控制板卡电源模块传导电磁干扰抑制实验验证
5.4 基于屏蔽的驱控一体运动控制器辐射电磁干扰抑制
5.4.1 屏蔽抑制原理分析
5.4.2 驱控一体运动控制器辐射电磁干扰抑制实验验证
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献