论文部分内容阅读
随着工业自动化和智能化的发展,永磁同步电机(PMSM)在现代工业和家用电器等领域得到广泛应用。在电机控制方面,FPGA相比于微控制器具有并行运行、实时性好等优点,相对于ASIC具有灵活性好、开发周期短、成本低等优点。但FPGA在永磁同步电机控制方面的研究主要集中于无传感器控制算法,而在高性能场合下无传感器算法不能完全取代位置传感器,因此,基于FPGA设计高性能的永磁同步电机控制器具有很好的研究价值和实用意义。本文分析了永磁同步电机的结构和工作原理,推导了永磁同步电机三相数学模型的方程,通过矢量坐标变换,在同步旋转坐标系中建立了永磁同步电机的数学模型,得出了非凸极式永磁同步电机的电流控制解耦策略。提出了基于电流反馈和速度反馈的磁场定向控制(Field Oriented Control,FOC)策略,并对闭环环路进行了分析及对参数进行了设计。同时对FOC控制系统进行了 Simulink仿真,验证了本文采用的控制策略的可行性。对空间矢量脉冲宽度调制原理进行分析,提出了一种空间矢量脉冲宽度调制架构,利用对电压矢量关于θ=45°做镜像变换之后再进行逆Clark变换得到的三相电压进行相邻矢量作用时间的计算和扇区的判断,简化了相邻矢量作用时间的计算和扇区的判断。考虑到采用传统查表法计算正余弦值时所存在的一些问题,设计了一种基于CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法的高精度正余弦函数计算电路,并以该正弦函数计算电路为基础得到了性能较好的坐标变换模块。并基于ModeISim仿真软件,对所设计的数字电路功能进行仿真分析,仿真结果验证了所设计电路的正确性。应用所设计的永磁同步电机控制器,搭建了一种典型应用系统,并进行实验研究,实验结果表明所设计的永磁同步电机控制器能够正常运行,其控制精度、稳定性和抗干扰能力均满足设计指标要求。