基于FPGA永磁同步电机最大转矩电流比控制系统研究.pdf

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1、分类号密级基于FPGA永磁同步电机最大转矩电流比控制系统研究研究生姓名：申彦垒指导教师姓名、职称：谭会生教授学科专业：电气工程研究方向：现代电力电子技术及系统湖南工业大学年月日摘要永磁同步电机最大转矩电流比控制可使单位电流最大转矩控制最大限度地利用磁阻力矩，提高单位电流的力矩输出能力，使整个系统控制实现最佳的运行状态，特别适用于高转速、大容量的场合，但是计算量大，对微控制器的计算速度要求高。与传统的DSP相比，可编程逻辑器件FPGA具有更高的处理速度、更高的可靠性，可现场编程，系统重构等优点。本课题主要是探讨具有高性能的永磁

2、同步电机最大转矩电流比控制系统的FPGA实现问题。在分析各种永磁同步电机控制策略优劣的基础上，提出了一种带滑模控制永磁同步电机最大转矩电流比控制系统的算法模型，并针对该模型，提出了一种基于FPGA永磁同步电机最大转矩电流比控制系统的实现方法，且给出了控制系统的主电路和外围电路的设计及实验结果。本研究主要工作和结论如下：（1）设计了一种带滑模控制的永磁同步电机最大转矩电流比控制系统，主要包括滑模控制、最大转矩电流比控制、矢量坐标变换、PID、SVPWM等模块，其中滑模控制通过使用切换控制算法在相平面中沿着预定轨迹强制驱动响应来

3、稳定设定点，输出电磁转矩。对控制算法进行MATLAB/Simulink模型搭建，并在2s时刻由最大转矩电流比控制切换到id=0控制，对其性能进行对比分析。仿真结果表明，该系统具有很好的稳定性，且伺服系统具有快速响应能力。（2）针对已提出的一种带滑模控制的永磁同步电机最大转矩电流比的控制系统，提出了一种FPGA的实现结构，并对滑模控制、最大转矩电流比控制、矢量坐标变换等各个内部模块进行了详细的设计与优化，采用Altera公司5CSEMA5F31C6芯片作为目标芯片，利用VHDL对控制模块进行编程设计、逻辑综合、时序仿真。在系统

4、设计中，采用自定义的浮点数的方式提高控制系统的精度；采用并行结构和流水线结构来提高数据运算的速度；采用CORDIC算法对三角函数和开方运算等进行运算；利用改进的布斯乘法器来提高乘法器的速度。经过逻辑综合和仿真结果分析，系统功能正确，并具有设计灵活、系统可重构、运行速度快、系统可靠性高等优点，具有重要的实际应用价值，在军事与民用领域有着广阔的应用前景。关键词：永磁同步电机，最大转矩电流比控制，滑模控制，FPGAIABSTRACTThemaximumtorqueandcurrentratiocontrolofthepermane

5、ntmagnetsynchronousmotorcanmakethemaximumcurrentperunitcurrenttorquemaximizetheuseofreluctancetorque,improvethetorqueoutputcapabilityoftheunitcurrent,andmaketheentiresystemcontrolachievethebestrunningstate,especiallysuitableforhighspeedInlarge-capacityapplications,

6、itrequiresalargeamountofcalculationandrequiresahighcalculationspeedforthemicrocontroller.ComparedwithtraditionalDSP,programmablelogicdeviceFPGAhashigherprocessingspeed,higherreliability,on-siteprogramming,systemreconstructionandotheradvantages.Thistopicmainlydiscus

7、sestheFPGAimplementationproblemofthemaximumtorque/currentratiocontrolsystemforpermanentmagnetsynchronousmotorwithhighperformance.Basedontheanalysisoftheadvantagesanddisadvantagesofvariouspermanentmagnetsynchronousmotorcontrolstrategies,analgorithmmodelforthemaximum

8、torque-currentratiocontrolsystemofpermanentmagnetsynchronousmotorwithslidingmodecontrolisproposed.Basedonthismodel,amethodbasedonFPGAisproposed.T