基于FPGA的交流电机矢量控制系统的实现

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要现代电机控制的发展，一方面要求提高性能、降低损耗、减少成本，另一方面又不断的有技术指标及其苛刻的特殊应用的系统需求。基于现代EDA技术和CPLD/FPGA器件，运用现代电机控制理论，进行电机控制器的集成化研究将是未来电机控制领域的一个重要发展方向，它不仅具有理论意义，而且具有重要的经济意义和战略意义，在军事、民用等领域都会有广阔的用途。本文在永磁同步电动机的数学模型基础上,依据矢量控制理论,利用可编程逻辑阵列(FPGA)实现基于转子磁场定向控制(FOC)策略的全数字化速度伺服系统,给出了位置检测、调节器、矢量变换、电压空间

2、矢量脉宽调制(SVPWM)和通讯等模块的实现方法。并同时给出一些外围接口设计实现，从而实现了单芯片的电动机控制器。并进行了仿真与实验分析。为节约芯片资源，在存储单元和占空比计算单元的设计中，采用了分时复用的思想。同时，该设计也可作为位置型伺服控制系统的一部分。本课题采用Topdown设计方法学，对系统按功能划分模块来进行设计。先对各功能模块进行设计、模拟、验证，再对整个系统组合起来进行模拟、验证，最后利用FPGA进行硬件验证。结果表明设计正确，功能良好。关键词：矢量控制现场可编程逻辑门阵列伺服控制I华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTThedev

3、elopmentofmodernmotorcontroldemandsimprovementofperformance,reductionofthelossanddecreaseinthecost.Ontheotherhand,qualificationsandhardspecialapplicationssystemdemandsareraised.Therefore,researchofintegrateddesignforcontrollerbasedonEDAtechniqueandCPLD/FPGAdevice,whichmakesuseo

4、fmoderncontroltheory,isoneofthegreatdirectionsofthedevelopmentofmotorcontrolfield.Notonlyisitofacademicsignificance,itisofgreateconomicalandstrategicallysignificanceaswell.Itwillbepopularforbothmilitaryandciviluse.onthebasisoftheMathematicalmodelofpermanentmagneticsynchronousmo

5、torandthetheoryofvectorcontrol,adigitalmotorcontrolsystemrealizedononechipFPGA,hasbeendesignedinthisthesis.Theimplementationoffunctionalmodules,suchaspositionmeasurement,PIregulator,vectortransformation,SVPWMandcommunicationisproposed.Meanwhile,designsofsomeperipheralinterfaces

6、aregiven.Thusaone-chipmotorcontrolleriscarriedout.Simulationsandexperimentalanalysesarecarriedon.Tosavethechipresource,thoughtsoftime-sharingandareappliedinthedesignofsinelookuptableunitanddutyrationcalculatingunit.Theexperimentalresultisgivenatlast.Thissystemcompletesthevector

7、controlalgorithm，anditalsocanbeappliedaspartofaPositioncontrolsystemTheprojectuses"Top－down"technologytodevelopcorebydividingsystemaccordingtoit'sfunction.Atfirst,designandsimulateonsinglemodule,secondly,onthewholesystem,atlastverificationusingFPGA.Theresultsprovedthedesignsche

8、meisreliableandperfectonfunction.Keyword:FOCFPGAServoC