集成FPGA的永磁同步电机控制系统的研究

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永磁同步电机控制系统是一个交叉多门工程学科的研究领域,随着国内外的科研人员,机构和企业进入该领域,其理论方法和实现技术不断取得新突破。本文围绕矢量控制策略,对永磁同步电机调速系统进行设计,摒弃传统的DSP主控方案,利用单片高性能FPGA芯片,在硬件和代码上实现电机的控制系统。详细内容如下所述:  1.文章首先建立永磁同步电机的数学模型并对比经典的矢量控制方法,选择id=0的电流策略定向控制转子磁链,利用坐标系变换的方法在理论上解除电流转矩分量与励磁分量的耦合关系。引入SVPWM技术,通过仿真验证算法实现矢量控制技术的有效性。  2.分析电机控制系统内各环节的数学模型和等效条件,系统电流环节采用双内环结构,速度环节作为外环。运用工程方法设计电流控制器,利用零极点配置法设计速度控制器,通过仿真分析获得稳定裕度大,抗扰动能力强的零极点位置。针对系统驱动能力对控制器输出的约束,导致系统对超调响应缓慢的问题,设计两种抗饱和控制器,通过仿真波形比较两者的性能。为提高电机调试系统的动态品质,提出参数自整定模糊PI控制器,并对其结构、变量与参数进行设计。  3.为电机控制设计硬件电路,分为主控制板和功率驱动板。主控板上以单片FPGA器件为核心,并设计最小系统电路。功率驱动板主要实现整流与逆变功能,向电机提供驱动电源。辅助电路包括电流检测、位置信号反馈电路,电压转换电路和隔离电路。  4.为电机控制设计HDL代码。前期需要制定运算数据的数制格式,采用VHDL语言描述坐标变换模块,SVPWM模块,数字式PI控制器和模糊PI控制器,并在仿真软件中对模块功能进行验证分析。  最后是进行必要的模型仿真和分析,证明结构优化后的控制器更具优越性,验证本课题所设计的控制器对改善系统动态品质的有效性。
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