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1、基于DSP和FPGA的交流伺服系统研究摘要随着电力电子技术和微处理器技术的发展，交流伺服系统已经广泛应用于数控机床、家用电器等多种工业产品中。而交流永磁同步电机(PMSM)由于高转矩、低损耗、脉动小、电气时间常数小等物理特点，使其成为高精数控加工的最佳执行机构。开发一个基于交流永磁伺服电机的高精度，快响应、强稳定性的伺服系统有着十分重要的实际意义。本文首先对交流伺服系统的基本概况做了阐述，推导了永磁同步电机的数学模型，介绍了电压空间矢量的控制方法，设计了三闭环控制系统，给出了位置环、速度环和电流环控制器的设计方法，其中对位置环和速度环采用了鲁棒性很强的滑模变结构控制方法，对电流环采
2、用了经典的PI控制，通过MATBAL仿真验证了此控制系统的可行性。在硬件结构上采用IPM＋DSP＋FPGA结构，其中IPM功率模块完成功率驱动，DSP完成控制算法和通讯，FPGA完成对霍尔信号的检测、码盘信号的读取、键盘的扫描、显示器的动态刷新、保护信号的处理等功能。此结构使DSP和FPGA充分发挥各自的优势，同时在性能上还弥补了各自的不足，节约了大量时间和资源，提高了系统的性能。最后对整个系统的软件做了介绍，给出了主要部分的流程图及部分代码。关键字：交流伺服；PMSM；DSP；FPGA；SVPWM；滑模变结构控制；PIReseachofACServoSystembasedonDS
3、PAndFPGAAbstractWiththerapiddevelopmentoftheACservotechnologywhichbasedonpowerelectronicstechnologyandmicroprocessortechnology,theACservosystemhasbeenapplicedinCNCmachinetools,householdappliancesandmanyotherindustrialproductswidely.PMSM(PermanentMagnetSynchronousMotor)hasmanygoodcharacteristic
4、ssuchashightorque,lowwastage,lowpulse,lowelectrictimeconstantandetc,whichmakePMSMbecomethebestimplementinhighpreciseCNC.Herefore,itisofpracticalsignificancetodevelophighaccuracy,fastresponseandstrongstabilityservocontrolsystem.Firstofall,thegeneralsituationaboutACservotechnologyisgiven.Ontheba
5、seofintroducingthemathematicsmodelofPMSM,SVPWMmethodisputforward.Secondlythepaperdegignsathreecloseloopcontolsystem,givingthedesigningdetailsinpositionloopcontroller,speedloopandthecircuitloop.Thepositionloopandthespeedlooptaketheslidingmodevariablecontrolmethodwhichhashighrobustnessandthecirc
6、uitlooptakestheclassicalPIcontrolmethod.AccordingtotheresultofsimulationbyMATBAL,thesystemisfeasible.ThenthepaperintroducesthehardwaresystembasedonIPM+DSP+FPGA.IPMmoduleaccomplishespowerdiver.DSPfinishestheworksincludingACservocontrolalgorithmandthecommunication.FPGAachievesthepurposesincludin
7、gdetectingthehallsignal,readingcodediscsignal,scanningthekeyboard,dynamicrefreshingtheLEDdisplay,dealingwithprotectionsignalandetc.ThishardwaresystemmakesDSPandFPGAfullplayeachone’sadvantagesandmakeupeachone’sdisadvantages,whichnotonlys
