基于FPGA的PMSM速度模糊PI自适应控制

摘要

随着DSP、FPGA技术的飞速发展，DSP与 FPGA在永磁同步电机控制系统中得到了广泛应用并推动了先进控制理论在电机控制领域中的应用。FPGA技术具有实时性好、可靠性高、灵活度高等优点，在军工及控制可靠性要求高的工业领域等具有广阔的发展前景。目前，先进控制算法在 DSP电机控制领域的应用已成熟，而在 FPGA电机控制领域仍具有较好的发展前景。本文采用以 DSP为主控制器、FPGA为辅控制器的结构，利用FPGA实时性好、可靠性高的优势设计速度模糊 PI自适应控制器，解决 DSP实现模糊 PI速度控制器模糊化、模糊逻辑推理及解模糊化速度慢，占用大量的CPU等问题，实现实时性好、可靠高的速度控制系统。
　　本文首先阐述了课题研究的背景和意义，并就永磁同步电机控制技术的国内外发展历史与现状、模糊控制技术的发展以及 FPGA技术在电机控制系统中的应用现状作了系统分析。在分析永磁同步电机矢量控制系统的基本原理以及模糊 PI自适应控制原理的基础上，借助 Matlab/Simulink工具建立系统仿真模型进行仿真研究。系统仿真结果表明，采用模糊 PI自适应控制的速度响应超调量小、响应时间短、鲁棒性强，验证了系统方案的正确性与有效性，为实现速度高性能控制创造条件。
　　其次，本文以 TI公司生产的TMS320F28335和Altera公司的EPLC20f324C6为核心对本研究控制系统进行了软件和硬件设计。选用HITECH公司的PWS5610T-SA产品，在 Hitech ADP编程软件中设计电机状态监测主界面和电机参数设定界面，实现电机与控制器状态的监控。
　　最后，搭建了永磁同步电机矢量控制的实验平台进行了速度控制性能实验研究，实验研究结果进一步验证了本文提出的基于FPGA的模糊 PI自适应速度控制系统的可靠性和可行性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 永磁同步电机控制技术的国内外发展与现状

1.3 模糊控制技术的发展与现状

1.4 FPGA在电机控制系统中应用现状

1.5 本文主要内容及各章节安排

第2章 永磁同步电机矢量控制系统的基本原理

2.1 概述

2.2 永磁同步电机数学模型

2.3 永磁同步电机矢量控制原理

2.4 本章小结

第3章 基于速度模糊PI自适应PMSM矢量控制系统原理及仿真

3.1 概述

3.2 基于速度模糊PI自适应PMSM矢量控制系统结构

3.3 永磁同步电机速度控制

3.4 PMSM矢量控制系统仿真模型

3.5 PMSM矢量控制系统速度控制仿真研究

3.6 本章小结

第4章 基于DSP与FPGA的PMSM矢量控制系统实现

4.1概述

4.2 速度模糊PI自适应控制器的实现

4.3 PMSM矢量控制系统硬件设计

4.4 PMSM矢量控制系统软件设计

4.5. 基于MODBUS的人机界面设计

4.6 本章小结

第五章 实验结果及分析

5.1 实验平台

5.2 实验与结果分析

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录及参与的科研项目