基于fpga永磁无刷直流电动机驱动控制系统的研究

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1、摘要传统的交流伺服驱动系统采用模拟器件实现，不可避免的存在温漂、老化等问题，已逐渐被数字系统所取代。永磁同步电动机由于功率密度大，转矩／惯量比大，无电刷和噪音低等优点，成为目前应用最多的高性能交流伺服电动机。本课题以研制台湾宝成集团电动缝纫机用高性能交流伺服系统为工程背景，提出一种基于FPGA的新型的全数字永磁同步电动机驱动控制系统架构，并对此系统的一些关键问题进行了研究。论文首先利用ANSOFT电机集成软件包进行了电动缝纫机用永磁同步电动机的设计，在此基础上建立了相应电机系统数学模型，探讨了电机系统矢量控制方法，提出了一种基于FPGA结构的全数字驱动控制系统。该

2、系统最大的特点是结构灵活、有较强的通用性，适于模块化设计，从而能够提高算法效率；同时开发周期短，系统易于维护和扩展。其次，在对电压空间矢量脉宽调制的原理进行深入分析的基础上，采用Altera的ACEXlK系列FPGA器件，应用现代EDA技术，对SVPWM数字化的脉宽调制方法的实现进行了研究。实现了基于FPGA的空间矢量脉宽调制电路的设计。最后，设计了基于FPGA架构的永磁同步电动机伺服系统。系统采用光电编码器作为转子位置传感器，采用由IR2137集成驱动芯片驱动的1GBT功率模块构成三相桥式电压型逆变器。由IR2175电流传感器完成闭环控制中的电流的检测，用Ver

3、ilog．HDL语言编写了电流采样、坐标变换、PI调节和空间矢量脉宽调制等IP模块，实现了基于FPGA的永磁同步电动机的矢量控制，并给出了相应仿真实验结果。关键词无刷直流电动机；FPGA脉宽调制=：!：：一。。：一：：』窒鎏些奎塑塑些丝兰：=—：：一=：一!一AbstractThetraditionalACservodrivesystems，whichweremostlyimplementedbyanalogdeviceswiththeagingandtemperaturedriftingproblems，arereplacedbydigitalsystemsgr

4、adually．Becauseoftheadvantagessuchasthehighpower／weightratio，thehightorque／inertiaratio，theeliminationofbrushesandthereducednoise，thepermanentmagneticsynchronousmotorhasbeenthemostlyadoptedhighperformanceACsewomotor．Inthisdissertation，todevelopthehighperformanceACSewodrivesystemsforth

5、eapplicationofelectricsartoriusforTaiwanBaochengGroup，anewconfigurationofdigitalACservodrivesystemofthepermanentmagneticsynchronousmotorisputforwardandsomekeyissuesoftheservodrivesystemisstudied．Firstly,basedonthedesignofthepermanentmagneticsynchronousmotorforelectricsartoriususingthe

6、integratedelectricmachinesoftwarepackageofAmericancompanyANSOFT,thecorrespondingmathematicalmodelofmotorsystemissetup，andthevectorcontrolmethodisdiscussed．AdigitalizeddrivecontrolsystembasedonFPGAiSpresented．Themostsignificantfeaturesofthissystemareflexible，applicabletodifferentsituat

7、ions，applicabletoblockingdesign，SOthearithmeticefficiencyisincreased；thissystemalsohasashortdevelopmentperiodandispronetokeepupandupgrade．Secondarily,basedontheanalysisofspacevoltagepulse-widthmodulationtheory,thedigitalizedrealizationofthepulse-widthmodulationisstudiedwithmodernEDAte

8、chnol