基于FPGA的永磁同步电机矢量控制系统的研究

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近年来,随着半导体制造技术的提高,FPGA的应用越来越广泛.在通信以及图像处理领域,FPGA一直是主要的控制芯片,但是随着时代的发展,FPGA呈现出高密度,低功耗,高性价比等特点,并且相对于专用的ASIC芯片,FPGA并行计算的特点使其更适合复杂的智能控制算法。因此,FPGA开始逐渐适用于传统的工业控制领域。其中,基于永磁同步电机的高性能伺服系统由于受到传统控制芯片的局限,其系统的实时性,可扩展性以及智能算法适用性等方面还有较大的提升空间。因此,本文对基于FPGA的永磁同步电机的控制系统进行了充分的研究。本文首先对永磁同步电机的数学模型进行了分析,详细地介绍了其坐标变换以及控制方程,在对比了几种常见的控制策略后,选取了基于空间矢量脉宽调制的矢量控制算法作为在FPGA中实现的电机控制算法,并在MATLAB/SIMULINK中进行了仿真。接着本文在FPGA中实现了永磁同步电机双闭环矢量控制的软件系统,介绍了FPGA软件的设计流程,其中控制系统采用自上而下的设计方法,运用模块化设计,将双闭环控制系统划分为每个独立模块,详细介绍了Cordic模块,SVPWM模块,M法测速模块,角度计算模块以及AD控制模块等,对每个模块的设计思路进行了详细介绍,并且给出了仿真结果,验证后符合设计要求。最后本文搭建了基于FPGA的永磁同步电机控制系统的硬件平台,并进了实验分析验证。在实现中首先进行了FPGA芯片的选型,在此基础上设计了AD接口转换电路,编码器信号处理电路,过流保护电路,验证了该系统具有一定的优良性。
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