基于FPGA的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).pdf

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

2、機矢量控制方案，介紹了FPGA開發(fā)流程，并在QuartusⅡ工具下以VHDL語言和原理圖相結合的方式，完成了基于FPGA的PMSM控制芯片的片上規(guī)劃。詳細的說明了控制IC中電流采樣IP核、轉速和位置采樣IP核、矢量變換IP核、SVPWMIP核、PI調節(jié)器IP核等邏輯電路的設計方式和驗證方法。然后對控制系統(tǒng)硬件的設計作了詳細的說明，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。在主電路設計中，主要介紹了整流電路與逆變電路以及各種保護電

3、路的設計，對于控制電路主要介紹FPGA的最小系統(tǒng)的設計，包括時鐘電路、復位電路、下載配置電路。
　　 本文提出了使用CORDIC算法實現(xiàn)電機電角度正余弦的計算方法，闡述了旋轉坐標變換（CORDIC算法）的基本原理。說明了這種方法在數字硬件電路設計易于實現(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，并在此基礎上對系統(tǒng)中電流PI調節(jié)器和轉速調節(jié)器的設計以及對它們的比例、積分參數的計算、IPM死區(qū)時間

4、的設置、各個IP核之間時鐘分配、數據格式以及格式轉換，系統(tǒng)標幺等方面作了詳細的說明。同時通過軟件自帶的仿真工具和第三方仿真工具ModilSim首先對各個IP核進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據和波形，實時驗證數字硬件電路設計的正確性。
　　 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)控制給出了實驗數據及波形，逐步驗證，最終實現(xiàn)了永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的設計，為