基于FPGA的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的電機(jī)控制得到了越來越多的關(guān)注。本文將以永磁同步電機(jī)作為控制對象，闡述其數(shù)學(xué)模型和控制策略，用MATLAB搭建系統(tǒng)仿真模型，基于VHDL語言開發(fā)永磁同步電機(jī)控制IC，以全硬件的方式實(shí)現(xiàn)對永磁同步電機(jī)的精確控制，搭建永磁同步電機(jī)矢量控制硬件平臺，并完成其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 本文通過分析永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型以及利用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，給出了永磁同步電

2、機(jī)矢量控制方案，介紹了FPGA開發(fā)流程，并在QuartusⅡ工具下以VHDL語言和原理圖相結(jié)合的方式，完成了基于FPGA的PMSM控制芯片的片上規(guī)劃。詳細(xì)的說明了控制IC中電流采樣IP核、轉(zhuǎn)速和位置采樣IP核、矢量變換IP核、SVPWMIP核、PI調(diào)節(jié)器IP核等邏輯電路的設(shè)計方式和驗(yàn)證方法。然后對控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計作了詳細(xì)的說明，系統(tǒng)硬件電路主要包括主電路和控制電路以及檢測電路。在主電路設(shè)計中，主要介紹了整流電路與逆變電路以及各種保護(hù)電

3、路的設(shè)計，對于控制電路主要介紹FPGA的最小系統(tǒng)的設(shè)計，包括時鐘電路、復(fù)位電路、下載配置電路。
　　 本文提出了使用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)電機(jī)電角度正余弦的計算方法，闡述了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換（CORDIC算法）的基本原理。說明了這種方法在數(shù)字硬件電路設(shè)計易于實(shí)現(xiàn)，不僅保證了控制精度，也減少芯片資源的使用。文中也給出可整個系統(tǒng)近似傳遞函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)中電流PI調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計以及對它們的比例、積分參數(shù)的計算、IPM死區(qū)時間

4、的設(shè)置、各個IP核之間時鐘分配、數(shù)據(jù)格式以及格式轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)標(biāo)幺等方面作了詳細(xì)的說明。同時通過軟件自帶的仿真工具和第三方仿真工具M(jìn)odilSim首先對各個IP核進(jìn)行了功能仿真與時序仿真，然后將程序下載到芯片中通過邏輯分析儀觀察數(shù)據(jù)和波形，實(shí)時驗(yàn)證數(shù)字硬件電路設(shè)計的正確性。
　　 最后本文通過搭建控制系統(tǒng)平臺，分別從開環(huán)控制、電流閉環(huán)控制、雙閉環(huán)、位置環(huán)控制給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形，逐步驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計，為