基于FPGA的永磁同步电机控制器SOPC设计

【摘要】SOPC(SystemOnProgrammableChip)即可编程片上逻辑系统,是一种特殊的片上系统,具有可裁剪、升级、扩充等特点。SOPC设计技术采用总线的方式管理和协调着系统中的各类IP模块。论文首先从被控对象永磁同步电机出发,分析了它的数学模型,说明运用矢量控制原理且采用id=0的控制策略,在Matlab/Simlink的环境下进行建模和仿真,仿真的结果表明控制策略可行。FPGA(FieldProgrammableGateArray)是一个可编程的半导体芯片,详细阐述了其内部结构、工作方式以及下一代可编程逻辑器件硬件的发展趋势,论文采取Altera公司推出的CycloneⅢ的EP3C25Q240C8N型芯片来进行SOPC设计。接着阐述SOPC的设计流程,涉及至(?)SOPC设计的一些关键技术,如总线架构技术、IP核复用技术和软硬件协同设计技术等,且论述了SOPC的核心NiosⅡ处理器系统。接着介绍了永磁同步电机控制器的核心单元FPGA上做SOPC架构规划,并分别阐述了基于Avalon总线的svpwm、Clark-Park、Cordic、PI调节器和检测电路等模块的硬件IP设计方式,且分配好各个模块所对应的地址,通过软件编程,由NiosⅡ处理器来管理这些硬件IP模块,以达到控制效果。在做不同的系统实验时,会遇到调整各个参数和改动硬件模块等系列问题,运用SOPC设计方式时,参数调整可以直接在PC端的软件NiosⅡIDE,而改动硬件只需要在SOPCBuilder中进行调整,不再需要重新编译和调整全部的硬件框架,这样可以大大的减少开发周期,并且利用SOPC设计中的总线方式管理各个硬件IP核,可减少在纯硬件设计过程所遇到的硬件模块之间大量连线的繁琐和减少复杂的时钟管理。最后介绍了控制器的外围电路,即定子电流的采样和光电编码器调理电路,通过搭建实验平台,从开环到闭环,逐步验证,给出相关的实验数据和波形,完成整个控制器的SOPC设计。
【作者】吴礼智；
【导师】曾岳南；
【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】SOPC；永磁同步电机；矢量控制；Avalon总线；

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