基于fpga的永磁同步电机伺服驱动器设计

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1、硕士学位论文题目:基于FPGA的永磁同步电机伺服驱动器设计研究生詹鑫鑫专业电子与通信工程指导教师高明煜教授完成日期2014年12月桥州电子科技大学学位论文原创性声明巧使用授权说明原创性声明：导下，独立进行研巧工作所取得本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体＾明确方式标明。，均己在文中１＾申请学位论文与资料若有不实之处一，本人承担切相关责任。１＾：论文作者签名：哀寧Ｖ日期：＾１？年＾月日餐学位论

2、文使用授权说明：研本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，，｜＾、允许查阐和借阅论文；学校可＾＾＾公布论文的全部或部分内容可允许采用影印缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名；日期：又４（￡年含月日和枯展＞指导教师签名：日期：年芝月／日杭州电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的永磁同步电机伺服驱动器设计研究

3、生：詹鑫鑫指导教师：高明煜教授2014年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterDesignofaPermanentMagnetSynchronousMotorServoDriverBasedonFPGACandidate:ZhanXinxinSupervisor:Prof.GaoMingyuDecember，2014杭州电子科技大学硕士学位论文摘要当今中国工业自动化进程的加速使得高精度交流伺服系统在工业各领域的应用越来越广泛。而新型永磁材料的研制和众多性能良好的

4、电机控制策略的提出使得以永磁同步电机为代表的伺服系统在性能上可以直接媲美直流伺服系统。新型电力电子器件和新一代高性能微控制器、可编程逻辑器件的推出更是使得永磁同步电机交流伺服系统从模拟向数字、低频向高频、分立向集成的方向发展。过去永磁同步电机伺服控制系统常常以DSP作为控制器，这使得其所控制的电机数量受到很大限制。随着中低端高性价比的FPGA的不断推出，以FPGA作为中央控制芯片的一片控制器拖动多个伺服电机的架构在越来越多的如多轴工业机器人、四轴飞行器等分布式交流伺服电机系统中得到采用。本文首先介绍了以永磁同步电机作为控制对象的交流伺服系统的演变过程、基本系统结

5、构和基本性能指标。从永磁同步电机物理模型出发，阐述了电机产生电磁转矩原理。通过分析永磁同步电机的数学模型然，比较了永磁同步电机矢量控制的几个常用策略，分析了其优缺点。接着详细介绍了永磁同步电机的id=0控制策略，根据功率相等和磁动势相等原则推导了矢量控制中Clark变换、Park变换、Ipark变换。阐述与研究了SVPWM原理，并在此基础上利用SIMULINK仿真工具对id=0控制策略进行了仿真和研究。然后在仿真和理论的基础上设计了以FPGA作为控制核心的硬件方案和软件程序。在硬件方案中详细介绍了全桥整流电路、防浪涌电路、IPM电路、LNK306辅助开关电源电路

6、、滞回比较制动电路、SVPWM信号传输电路、相电流采集电路等电路的功原理、给出了电路参数设计过程；而在软件程序中给出了矢量坐标变换、Cordic算法计算正余弦、相电流采集、SVPWM信号发生器等各个功能模块的设计原理和具体实现。最后对完成的永磁同步伺服驱动器进行了详细实验调试，测量了系统中的关键电流电压波形，并分析了系统误差产生原因，提出相应的改进措施。关键字：交流伺服系统、永磁同步电机、FPGA、矢量控制、SVPWM；I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTIntheprocessionofTheChineseIndustryAutomation,hig

7、hprecisionACservosystemisusedmoreandmorewidelyinvariousindustrialfields.AndnewtypesofpermanentmagneticmaterialandnewproposedmotorcontrolstrategiesofgoodperformancemaketheACservosystemofpermanentmagnetsynchronousmotorasarepresentative,whichcanbedirectlycomparabletoDCservosysteminthepe

8、rformance.Al