基于FPGA的四軸伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、隨著全球先進(jìn)制造業(yè)的高速發(fā)展，使得高性能伺服驅(qū)動(dòng)器的需求繼續(xù)加大。目前，在高速、多軸同步聯(lián)動(dòng)的伺服應(yīng)用系統(tǒng)中，普遍是采用高速現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)，并為每個(gè)軸配備一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，該方案不僅需要處理總線協(xié)議中復(fù)雜的分布時(shí)鐘同步運(yùn)算，而且成本較高同步精度低。針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于 FPGA的四軸伺服控制系統(tǒng)。
　　研究永磁同步電機(jī)的物理結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理、坐標(biāo)變換原理，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)永磁同步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和

2、運(yùn)動(dòng)方程。重點(diǎn)研究永磁同步電機(jī)的矢量控制算法，選擇合適的控制策略；分析空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)原理的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)(CORDIC)算法原理，為系統(tǒng)的正確實(shí)施提供理論依據(jù)。
　　在Matlab平臺(tái)上搭建系統(tǒng)的各個(gè)仿真模型，主要包括扇區(qū)判斷模塊、基本電壓矢量作用時(shí)間計(jì)算模塊、逆變器選擇時(shí)刻模塊、脈沖輸出模塊，并進(jìn)行仿真。用 Verilog硬件描述語(yǔ)言完成 FPGA部分的軟件設(shè)計(jì)，主要包括解碼模塊、CLARK變

3、換模塊、PARK變換模塊、逆 PARK變換模塊、PI調(diào)節(jié)模塊、扇區(qū)判斷模塊、基本電壓矢量作用時(shí)間計(jì)算模塊、三角波發(fā)生模塊、串口通信模塊、SPI通信模塊和控制模塊，并編寫各個(gè)模塊的測(cè)試代碼，通過(guò)Modelsim對(duì)子模塊的功能和時(shí)序進(jìn)行仿真，為本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　采用Altera公司的EP4C115F29C7、TI公司的DRV8301分別設(shè)計(jì)FPGA控制板電路和功率板電路，搭建完整的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。下載系統(tǒng)軟件進(jìn)行綜合測(cè)試，