基于FPGA的交流伺服系統(tǒng)應用研究.pdf

1、摘要伴隨著電力電子技術的高速發(fā)展，交流同步電機控制技術也在不斷的提高，它作為工控行業(yè)重要的驅(qū)動器，由于其具有體積小、結(jié)構簡單、特性好、效率高等優(yōu)點，所以不論是在工業(yè)領域還是民用領域方面都發(fā)揮著不可替代的作用，本文主要是通過分析交流永磁同步電機的數(shù)學模型，選取控制策略，達到對電機的轉(zhuǎn)速和電流的控制。文中首先闡述了在坐標變換和解耦控制分析下的交流永磁同步電機的數(shù)學模型，從而實現(xiàn)對電機的線性控制，針對電機的控制方法，我們提出了用最大轉(zhuǎn)矩電流比

2、控制方法來控制電機，最大轉(zhuǎn)矩／電流(MTPA)控制方式是在電機輸出轉(zhuǎn)矩一定的條件下使得定子電流最小。這種控制方法可以減小銅耗，提高效率，更有利于逆變器減小開關損耗。同時在這種控制方式下逆變器需要的輸出電流很小，所以選用小電流的逆變器就可以滿足控制需要，節(jié)省了系統(tǒng)的運行成本。其次分析了空間電壓矢量的原理對其矢量劃分，時間的計算等進行了詳細的說明，同時在MATLAB／simulink上建立仿真模型進行仿真驗證。同時對整個系統(tǒng)建立硬件電路進行

3、測試，硬件電路分為主電路和控制電路兩部分。主電路主要包括對220vAC電進行整流，并通過PFC功率因素校正電壓和電流波形，送入逆變模塊，逆變器中六路MOS管的開斷是由控制電路輸出控制的；系統(tǒng)的控制電路選擇的是基于FPGA的控制系統(tǒng)，并以NIOSII嵌入式處理器作為核心，在SOPCbuiding工具上添加和自定義了各控制模塊，添加模塊包括時鐘模塊PLL、串口模塊、存儲器模塊、UART通信模塊、CPU模塊，自定義模塊是通過verylog語言

4、編寫的PWM實現(xiàn)模塊、電流采用模塊、轉(zhuǎn)速檢測模塊和SVPIiI『~I實現(xiàn)模塊；將各個模塊映射到FPGA的各個管腳，實現(xiàn)了和外圍電路的接口控制。系統(tǒng)的實現(xiàn)還需要軟件的協(xié)助，在NIOSII上編寫主程序和中斷程序，主程序完成對整個系統(tǒng)的檢測，中斷程序包括電流采樣和轉(zhuǎn)速計算部分，及PI調(diào)節(jié)器控制等。最后，對整個系統(tǒng)進行測試驗證，不斷分析系統(tǒng)的整體性能，對系統(tǒng)中存在的不足之處進行了說明，為下一步改進奠定基礎。關鍵詞：交流伺服系統(tǒng)：最大轉(zhuǎn)矩電流比控

5、制：NIOSII嵌入式處理器：SVP刪控制0IIllIIIllIllIlllIIIUlY2088033AbstractAsthefastdevelopmentoftheelectronictechnologytheACservomotorscontrolmethodalsoimprovedstepbystep，andnOWitplaysanimportantpartintheindustryareanePMSMhasthesmallsi

6、ze，thesimplestructure，goodstaticanddynamiccharacteristicsandhighefficiencybecauseofthisitsplaceiscan’tbereplacednotonlyinindustrycontrolbutalsoinhomeelectricfieldsFistofall，thispaperanalyzedthePMSMvectormotorismathematic

7、almodelanddecouplingcontroltechnologyforthiswecanusethismotorasifitisalinearsystemConsideringofallthecontrolmethodswechoosethemaximumratiooftorquetocurrentcontroltheoryandexplainitsprincipleThemaximumtorque／current(MTPA)

8、controlmethodCanmakethestatorcurrentminimumwhenthemotoroutputtorqueundercertainconditionsThiscontrolmethodconreducecopperconsumptionimproveefficiencyandmoreconducivetotheinverterteducetheswitchinglossesInthiscontrolmodet

9、heinverteroutputcurrentiSverysmall，SOuseasmallcurrentoftheinvertertomeetthecontrolneeds，savingthecostoftheoperationofthesystemSecondlyanalysisoftheprincipleofthespacevoltagevector’Sdivision，thecalculationoftime，adetailed

10、descriptionofasimulationmodelAndworksintheMATLAB|SimulinksimulationIestablishedahardwareckcuitfortestingthesystemthehardwareckcuitisdividedintothemainckcukandcontrolcircuitoftwopartsThemaincircuitincluding220vACpowerrect

11、ifierPFCpowerfactorcorrectionvokageandcurrentwaveforms，intotheinvertermodule，breakingthesixchannelMOStransistorinverteriscontrolledbythecontrolcircuitoutput；systemcontrolcircuittoselectFPGAbasedcontrolsystemandNIOSIIembe

12、ddedprocessorasthecoreoninSOPCbuildingtoolstoaddandcustomizeeachcontrolmoduleandaddmodulesWealsoneedtheassistanceofthesoftwaresystemthemainprogramandinterruptroutineswritteninNIOSII，themainprogramtocompletethedetectionof

13、theentiresystemandinterruptprocedures，includingsamplingofcurrentandspeedcalculationpart，andthePIregulatorcontr01Finallyweneedtotestthesystemandcontinuedanalysisoftheoverallsystemperformance，describestheinadequaciesthatex