FPGA实现永磁同步电机矢量控制系统的研究

【摘要】本文主要研究FPGA实现永磁同步电机控制系统。一方面,永磁同步电机具有损耗少、效率高、控制性能高的优势,另一方面,FPGA在硬件方面有纯硬件形式实现并行数据处理,几乎不占用CPU资源的优势,FPGA在软件方面具有结构灵活、开发周期短、成本低、开发设计工具先进易用、可在线实时仿真检验等特点,因此使用FPGA构建高性能的永磁同步电机控制系统具有很大的使用价值和研究意义。首先,本文在深入分析了永磁同步电机数学模型和空间矢量控制算法的基础上,针对永磁同步电机空间矢量控制策略进行了基于MATLAB/SIMULINK的控制系统仿真。通过仿真取得了相应的仿真结果同时也对算法进行了验证,为后面进行永磁同步电机控制系统的FPGA设计实现打下了基础。其次,本文的永磁同步电机空间矢量控制系统按照EDA方法学中的分模块设计的基本思想,将整个系统划分为Clarke坐标变换模块、Park坐标变换模块、Park逆变换模块、SVPWM整体模块、PI调节模块、四倍频模块、速度计算模块等等。用硬件描述语言VERILOG/VHDL分别对划分的各个模块进行硬件描述设计,同时在QUARTUS中对各个模块进行分析综合和波形分析。再次,本文尝试和探究了基于模块化设计方法设计SVPWM算法。针对FPGA实现正弦、余弦实现繁琐复杂的特点,采用CORDIC进行正弦、余弦值的计算；分析和设计了编码器接口电路、电流采样电路、AD转换电路等硬件电路。最后,本文采用DE2的FPGA开发板,永磁同步电机功率驱动板和永磁同步电机搭建了控制系统的硬件平台。进行了永磁同步电机矢量控制系统的硬件开环实验和闭环实验并对结果进行了分析,得到了永磁同步电机的速度和电流曲线图,取得了较好的实验效果；不仅验证了控制方案的可行性,而且对于今后在单片FPGA中实现永磁同步电机空间矢量控制系统的专用集成芯片方面的学习和研究具有重要的指导意义。
【作者】徐茂盛；
【导师】谷爱昱；
【作者基本信息】广东工业大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】永磁同步电机；SVPWM；FPGA；SIMULINK；Veriloghdl/Vhdl；

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