基于fpga永磁同步电机矢量控制ic设计

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1、工业自DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2013．06．003基于FPGA的永磁同步电机矢量控制IC的设计覃曾攀，曾岳南，吴礼智(广东工业大学自动化学院，广东广州510006)摘要：介绍了一种基于FPGA的永磁同步电机单芯片控制器的设计方案，详述了永磁同步电机数学模型及矢量控制原理。系统通过使用硬件描述语言(VHDL)，采用硬件模块化的方式来设计永磁同步电机控制器，并利用Altera公司的Cyclone111EP3C25Q240CSN型FPGA，结合功率驱动板实现对交流永磁同步电机的双闭环控制。关键词：FPFA；永磁同步电机；空间矢量控制；硬件描述语言中图分类号：TM

2、301．2文献标识码：A文章编号：1009—9492(2013)06—0011—04DesignofaFPGA—BasedVectorControlICf0rPMSMQINZeng—pan，ZENGYue—nan，WULi—zhi(FacultyofAutomationGuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China)Abstract：Asingle—chipcontrollerforthepermanentmagnetsynchronousmotorisdescribesbasedonFPGA．Thepaperanalysethem

3、athematicalmodelandthevectorcontrolprincipleofthepermanentmagnetsynchronousmotor．Thesystemusehardwaredescriptionlanguageandhardwaremodularapproachtodesignthepermanentmagnetsynchronousmotorcontroller，makinguseofAheraCorporationtheCyclonelflEP3C25Q24OC8NbasedFPGAandpowerdriverboardtoachievethedualclo

4、sed—loopcontrolofACpermanentmagnetsynchronousmotor．Keywords：FPFA；PMSM；SVPWM；VHDL0引言1永磁同步电机数学模型及其矢量控制策略随着电力电子技术的发展、新材料的出现、1．1永磁同步电机在同步旋转坐标系中的数学模型微处理器水平的不断提高和交流控制理论研究不永磁同步电机在同步旋转坐标系中的电压方断地深入，永磁同步电机在航空航天、数控机程：床、加工制造、机器人等方面获得了广泛应用。dM=iq扎q+toLdid+由于数字控制技术的发展，使得数字控制器在处。理速度、抗干扰、系统稳定性等方面都是模拟控M+L+wL制器无法比拟的。

5、近年来，基于FPGA的电机永磁同步电机电磁转矩方程为：控制得到越来越多的关注，它不仅实现了软件需求和硬件设计的完美集合，还实现了高速与灵活=P+Ld-Li】性的完美结合，使其超越了ASIC器件的性能和规、为电机直轴、交轴同步电感，为模，也超越了传统意义上的FPGA的概念】。电机定子电阻，P为电机定子绕组极对数，本文研究了交流永磁同步电机矢量控制策为转子永磁体磁极的励磁磁链，∞为电机转速，略，PI调节器，电流采样，速度以及位置的测为电机电磁转矩。对于表贴式永磁同步电机，量，并通过硬件描述语言实现各个模块的设计。在电机定子上接三相对称正弦波电源，在旋转坐整个系统的设计是利用CycloneII标系

6、中的变量都为直流变量，并且由转矩方程式EP3c25Q240c8N型FPGA作为主控芯片，实现交直接可以看出电机的输出转矩与电流i呈线性关流永磁同步电机的双闭环控制。收稿日期：2012—12—03[二]]l自动化系，只需要控制i的大小就可以控制电机的输出其中为转子角位置。当采用：0的控制方转矩。电机矢量控制结构如图1所示。式时，定子电流矢量i落在g轴上，这时转矩方程为：=1．5P，。其中P为电机定子绕组极对数，，为永磁磁链为恒值。从转矩方程可以看出，通过坐标变换，永磁同步电机的电磁转矩与电流i。成正比，控制i就能直接控制电磁转矩。其矢量控制结构图如图1所示。2控制IC架构与电路设计图1永磁同步

7、电机矢量控制结构图系统硬件逻辑结构框图1．2转子磁场定向的矢量控制原理与架构为图3所示，其主要包括矢量变换模块、SVP—永磁同步电机矢量的基本思想是建立旋转坐WM调制模块、电流采样模块、转速测量模块、标变换对i、i轴的解耦，最终实现了相似于直位置检测模块、转速和电流Pl调节模块6大部流电机转矩的控制方分。法来控制永磁同步电2．1矢量变换模块机转矩，获得和直流矢量变换模块包括clark、park、park逆变电