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基于FPGA的交流电机控制系统

作　者: 陈彦伶
导　师: 许强
学　校: 华中科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 现场可编程门阵列永磁同步电机矢量控制
分类号: TM34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着微处理器技术、电力电子技术、电机制造技术和现代控制理论的发展,交流伺服系统应用越来越广,已取代了直流伺服系统。永磁同步电机由于其优异的控制性能,被越来越多地应用于交流伺服系统。同时随着半导体工艺的发展,FPGA制作工艺也快速的提升,密度和性能都得到了提高。在这一基础上,本文放弃了传统的DSP方案,转而采用FPGA作为实现永磁同步电机矢量控制的平台,设计了基于FPGA的永磁同步电机的矢量控制系统。在本文中,分析了永磁同步电机的数学模型,介绍了矢量控制的基本原理,并在这一基础上,对控制系统进行了模块化的划分,完成了整个系统模型的搭建。将整个系统划分为Clarke变换模块和Clarke反变换模块,Park变换模块和Park反变换模块,PI控制模块,SPWM模块,电流检测模块和编码器接口模块。文中介绍了永磁同步电机控制系统的硬件设计方法,其中重点介绍了FPGA芯片的配置方法;并使用硬件编程语言VHDL完成了对系统中各模块的软件编程,在第四章中对其进行了仿真,证明了其结果的正确性。在所设计的硬件平台的基础上,对系统进行了硬件实现和验证,在第五章中给出了系统开环实验和闭环实验的实验波形,并对实验结果进行了分析。证明了单芯片FPGA实现交流电机控制系统的可行性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究意义及现状  8-9
  1.2 现场可编程门阵列FPGA  9-10
  1.3 永磁同步电机控制系统基本结构  10-11
  1.4 课题主要工作及论文结构  11-13
2 永磁同步电机的数学模型和矢量控制  13-23
  2.1 永磁同步电机的数学模型  13-17
  2.2 矢量控制的基本概念  17-19
  2.3 PMSM 的电流控制策略  19-22
  2.4 本章小结  22-23
3 硬件电路设计  23-32
  3.1 FPGA 及其外围电路设计  23-26
  3.2 功率板信号接口设计  26-28
  3.3 编码器转换接口设计  28-29
  3.4 供电电源设计  29-30
  3.5 有源晶振  30
  3.6 通信接口电路  30-31
  3.7 本章小结  31-32
4 软件部分设计  32-48
  4.1 矢量变换模块  33-36
  4.2 SPWM 模块  36-40
  4.3 编码器接口模块  40-43
  4.4 电流传感器接口模块  43-45
  4.5 PI 控制模块  45-46
  4.6 转速计算模块  46-47
  4.7 本章小结  47-48
5 硬件实现与实验结果  48-52
  5.1 硬件验证  48-51
  5.2 本章小结  51-52
6 全文总结  52-54
致谢  54-55
参考文献  55-59
附录1 实验样机装置图  59

基于FPGA的交流电机控制系统

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