基于FPGA的交流伺服系統(tǒng)應(yīng)用研究.pdf

1、摘要伴隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，交流同步電機(jī)控制技術(shù)也在不斷的提高，它作為工控行業(yè)重要的驅(qū)動(dòng)器，由于其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、特性好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以不論是在工業(yè)領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域方面都發(fā)揮著不可替代的作用，本文主要是通過(guò)分析交流永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，選取控制策略，達(dá)到對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流的控制。文中首先闡述了在坐標(biāo)變換和解耦控制分析下的交流永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的線性控制，針對(duì)電機(jī)的控制方法，我們提出了用最大轉(zhuǎn)矩電流比

2、控制方法來(lái)控制電機(jī)，最大轉(zhuǎn)矩／電流(MTPA)控制方式是在電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩一定的條件下使得定子電流最小。這種控制方法可以減小銅耗，提高效率，更有利于逆變器減小開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)在這種控制方式下逆變器需要的輸出電流很小，所以選用小電流的逆變器就可以滿足控制需要，節(jié)省了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。其次分析了空間電壓矢量的原理對(duì)其矢量劃分，時(shí)間的計(jì)算等進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，同時(shí)在MATLAB／simulink上建立仿真模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)建立硬件電路進(jìn)行

3、測(cè)試，硬件電路分為主電路和控制電路兩部分。主電路主要包括對(duì)220vAC電進(jìn)行整流，并通過(guò)PFC功率因素校正電壓和電流波形，送入逆變模塊，逆變器中六路MOS管的開(kāi)斷是由控制電路輸出控制的；系統(tǒng)的控制電路選擇的是基于FPGA的控制系統(tǒng)，并以NIOSII嵌入式處理器作為核心，在SOPCbuiding工具上添加和自定義了各控制模塊，添加模塊包括時(shí)鐘模塊PLL、串口模塊、存儲(chǔ)器模塊、UART通信模塊、CPU模塊，自定義模塊是通過(guò)verylog語(yǔ)言

4、編寫(xiě)的PWM實(shí)現(xiàn)模塊、電流采用模塊、轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊和SVPIiI『~I實(shí)現(xiàn)模塊；將各個(gè)模塊映射到FPGA的各個(gè)管腳，實(shí)現(xiàn)了和外圍電路的接口控制。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)還需要軟件的協(xié)助，在NIOSII上編寫(xiě)主程序和中斷程序，主程序完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)，中斷程序包括電流采樣和轉(zhuǎn)速計(jì)算部分，及PI調(diào)節(jié)器控制等。最后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，不斷分析系統(tǒng)的整體性能，對(duì)系統(tǒng)中存在的不足之處進(jìn)行了說(shuō)明，為下一步改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：交流伺服系統(tǒng)：最大轉(zhuǎn)矩電流比控

5、制：NIOSII嵌入式處理器：SVP刪控制0IIllIIIllIllIlllIIIUlY2088033AbstractAsthefastdevelopmentoftheelectronictechnologytheACservomotorscontrolmethodalsoimprovedstepbystep，andnOWitplaysanimportantpartintheindustryareanePMSMhasthesmallsi

6、ze，thesimplestructure，goodstaticanddynamiccharacteristicsandhighefficiencybecauseofthisitsplaceiscan’tbereplacednotonlyinindustrycontrolbutalsoinhomeelectricfieldsFistofall，thispaperanalyzedthePMSMvectormotorismathematic

7、almodelanddecouplingcontroltechnologyforthiswecanusethismotorasifitisalinearsystemConsideringofallthecontrolmethodswechoosethemaximumratiooftorquetocurrentcontroltheoryandexplainitsprincipleThemaximumtorque／current(MTPA)

8、controlmethodCanmakethestatorcurrentminimumwhenthemotoroutputtorqueundercertainconditionsThiscontrolmethodconreducecopperconsumptionimproveefficiencyandmoreconducivetotheinverterteducetheswitchinglossesInthiscontrolmodet

9、heinverteroutputcurrentiSverysmall，SOuseasmallcurrentoftheinvertertomeetthecontrolneeds，savingthecostoftheoperationofthesystemSecondlyanalysisoftheprincipleofthespacevoltagevector’Sdivision，thecalculationoftime，adetailed

10、descriptionofasimulationmodelAndworksintheMATLAB|SimulinksimulationIestablishedahardwareckcuitfortestingthesystemthehardwareckcuitisdividedintothemainckcukandcontrolcircuitoftwopartsThemaincircuitincluding220vACpowerrect

11、ifierPFCpowerfactorcorrectionvokageandcurrentwaveforms，intotheinvertermodule，breakingthesixchannelMOStransistorinverteriscontrolledbythecontrolcircuitoutput；systemcontrolcircuittoselectFPGAbasedcontrolsystemandNIOSIIembe

12、ddedprocessorasthecoreoninSOPCbuildingtoolstoaddandcustomizeeachcontrolmoduleandaddmodulesWealsoneedtheassistanceofthesoftwaresystemthemainprogramandinterruptroutineswritteninNIOSII，themainprogramtocompletethedetectionof

13、theentiresystemandinterruptprocedures，includingsamplingofcurrentandspeedcalculationpart，andthePIregulatorcontr01Finallyweneedtotestthesystemandcontinuedanalysisoftheoverallsystemperformance，describestheinadequaciesthatex