开关磁阻电机全数字控制系统中fpga应用

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1、万方数据2012年4月15日第35卷第8期现代电子技术ModernElectronicsTechniqueApr．2012V01．35NO．8开关磁阻电机全数字控制系统中FPGA的应用纪艳华，刘晓莉，由路(I-海电视大学，上海200433)擒要：提出了基于数字信号处理器(DSP)和现场可鳊程门阵列(FPGA)的开关磁阻电动机全数字控制系统。对DSP和FPGA的功能进行了分配。根据开关磁阻电动机的驱动要求．分析控制逻辑。由FPGA实现了电流斩波、角度位置争PWM电压斩波相结合的控制方案。仿真结果表明，设计的开关磁阻电动

2、机调速系统具有高效、实时、动态性能好等优点。关键词：开关磁阻电动机，全数字控制系统I数字信号处理器；现场可编程门阵列中图分类号：TN911-34文献标识码：A文章编号：1004—373X(2012)08—0179-03ApplicationofFPGAinall—digitalcon．trolsystemofswitchedreluctancemotorJIYan-hua．LlUXiao-li。YOULu(ShanghaiTVUniversity．Shanghai200433．China)Abstract：TheDS

3、P·andFPGA—basedalbdigitalcontroIsystemofswitchedreluctancemotor(SRM)isproposedinthispaper．ThefunctionsofDSPandFPGAareassignedinthesystem．AccordingtothedrivingrequirementofSRM，thecontrollogicisanalyzed．Thecontrolschemethatcombinescurrentchoppingcontrol(CCC)。angu

4、larpositioncontrol(APC)andPWMvoltagechoppingcontrolisrealizedbymeans0fFPGA．ThesimulationresultshowsthattheSRMall—digitalcontroIsystemdesignedinthispaperhastheadvantagesofhigh-efficiency．real-timeandgooddynamicperformance．Keywords：switchedreluctancemotor；all·dig

5、italcontrolsystem；DSP‘FPGA0引言开关磁阻电动机调速系统(SRD)是由双凸极开关磁阻电动机(SRM)、功率变换器、控制器以及检测器等组成的一种新型调速电动机系统[1]。与传统的直流和交流调速系统相比较，开关磁阻电动机不仅保持了感应电动机的全部优点，而且电机结构简单，控制方便，运行可靠。成本低。效率高[2]。本文设计的开关磁阻电动机全数字控制系统选用Tl公司的DSP芯片TMS320F2407作为主控制器，Xilinx公司的FPGA芯片XC2S1SOE作为辅助控制器构成硬件控制方案。由于SRD系统

6、的非线性。使得用普通的定参数PID调节器进行速度闭环调节时，控制性能不够理想。模糊控制是目前应用较多的一种智能控制方法，无需被控对象准确的数学模型即能实现较好的控制效果口]。如今SRM正越来越多的被用于高速甚至超高速场合，这对控制系统的实时性也提出了更高的要求。由于FPGA具有现场可编程的特点，并且它使系统内可再编程技术，使系统内的硬件功能可以像软件一样被编程并随时配置，使得所有的逻辑电路都在一个芯片上实现，省去了芯片之间的连线，硬件可靠性高，运算速度快，所收稿日期：2011—1l—09基金项目：上海远程教育集团学科

7、研究课题(JFll06)以更适合应用于高速电机的调速系统中。全数字化开关磁阻电动机的控制器把高性能数字信号处理器DSP和先进的模糊控制算法相结合，把FPGA和数字电路的设计相结合，克服了模拟元器件的缺点并且解决了SRM的非线性带来的一系列问题。1SRD系统的组成SRD主要由SRM、功率变换器、控制器、位置检测器4大部分组成，如图1所示n]。SRM是SRD中实现机电能量转换的部件，也是SRD有别于其他电动机驱动系统的主要标志。功率变换器向SRM提供运转所需的能量，由蓄电池或交流电整流后得到的直流电供电。控制器是整个调速

8、系统的中枢，它综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对SR电机运行状态的控制【5]。图1SRD结构框图万方数据180现代电子技术2012年第35卷在SRD中，功率变换器是整个系统的重要组成部分，通过工作在开关状态执行控制输出信号，将电源电能在适当时段提供给各相绕组来驱动转子旋