EDA技术在电机驱动控制器设计中的应用研究

摘要

VLSI(Very Large Scale Integration)技术的飞速发展促进了控制系统的小型化或微型化,片上系统的实现已成为可能,这也使得传统电路设计方法已经无能为力,以IP(Intellectual Property)芯核为标志的基于FPGA/CPLD(Field Programmable Gate Array/ComplexProgrammable Logic Device)的现代EDA设计技术逐渐成为复杂电路系统设计的主要方法之一,IP芯核也已成为知识经济的一个重要特征.该论文以EDA(Electronic Design Automation)为设计手段,以高度集成的大规模FPGA为基础,针对正弦波无刷电动机驱动控制电路的集成化问题进行了研究探讨.先对正弦波无刷直流电动机的驱动控制器的两个重要组成部分,即位置预估模块和脉宽调制模块,分析和比较了它们的众多的算法.然后选用了一种低成本的混合型位置预估算法,对其原理和误差结果进行了分析,提出了该算法的EDA实现方案;采用了一种不对称规则SPWM(Sinusoidal Pulse-Width Modulation)算法实现其异步调制方式的EDA方案.并给出了两种EDA实现方案的仿真结果.该文中所有电路模块的具体设计都是用Verilog HDL语言进行描述并在MAX+plus Ⅱ开发软件下完成了编译、适配、布局布线和仿真.仿真结果表明本文所设计的两个电路完全符合功能要求.其中SPWM功能模块的开关频率在305Hz到1 MHz之间,死区时间可根据需要可调,且接口方便.这两个模块,即位置预估和SPWM模块作为IP芯核具有很大的可移植性,也可以和其它IP芯核共同构成片上系统SOC(System On a Chip)实现不同的控制策略,这正是当前电机伺服驱动控制的一个新的发展方向.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1可编程逻辑器件简介

1.1.1可编程逻辑器件概述

1.1.2 FLEX10K30E系列

1.2现代EDA设计方法简介

1.3硬件描述语言简介

1.4 EDA设计方法学在电机控制领域的应用

1.4.1电机控制器的研究现状和发展趋势分析

1.4.2 EDA方法在电机控制器集成化研究领域的应用

1.4.3 EDA设计思想在电机控制方面的意义

1.5课题来源及本人完成的任务

第2章位置预估算法与脉宽调制算法分析

2.1无刷直流电动机

2.2正弦波无刷直流电动机位置预估算法

2.3逆变器控制方式

2.4脉宽调制控制方式的分类

2.5脉宽调制PWM算法研究

2.6本章小结

第3章位置信号预估模块

3.1位置预估算法的选用

3.2混合位置预估原理分析

3.2.1 正弦波无刷直流电动机稳态转矩公式

3.2.2硬件形式的确定

3.3位置预估算法误差分析

3.4数字电路设计方案

3.4.1位置预估算法的数字化分析

3.4.2区间判断单元

3.4.3位置估算单元

3.5仿真结果及结论

3.6本章小结

第4章脉宽调制模块

4.1不对称规则采样法SPWM理论分析

4.2数字电路设计方案

4.2.1同步单元

4.2.2存储单元

4.2.3占空比计算单元

4.2.4输出单元

4.3仿真结果及结论

4.4本章小结

结论

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

参考文献

致谢