基于FPGA的永磁同步电动机变频调速系统设计

摘要

随着现场可编程门阵列FPGA和电子设计自动化EDA的快速发展,基于现场可编程门阵列(FPGA)的电机控制数字系统已成为一种发展趋势,FPGA不仅可以实现复杂的控制运算,而且还具有高可靠性和高运算速度。本文以永磁同步电动机为控制对象,研究了基于可编程逻辑门阵列(FPGA)的矢量控制变频调速系统。
　　本文在介绍永磁同步电动机的数学模型和矢量控制的基础上,设计了基于FPGA永磁电动机变频调速的开发平台,利用硬件描述语言和EDA模块化思想实现调速系统的矢量控制。永磁电动机的矢量控制包括转角检测、转速检测、坐标变换、PI调节和SVPWM脉宽调制等环节。本文阐述了各个环节的计算和设计原理,给出了各个环节的具体实现方法。目前常用的 FPGA实现旋转变压器解码是基于转子角度进行解码,然后再次求出对应的正、余弦值用于矢量控制的坐标变换运算,这种方式的旋变解码其信号处理计算量较大。本文采用基于 CORDIC求模算法的旋转变压器解码,可直接求出电机坐标变换和转速控制所需的正、余弦值和转速值,不需要对旋转角度的反正切查表计算,也不需要对迭代的旋转方向进行判断,提高了 FPGA求模运算速度且减少了硬件实现的资源量。
　　本文利用 Modelsim仿真软件对搭建的各个模块进行了功能仿真和时序验证,验证了本系统各个模块设计的正确性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 变频调速发展概况

1.3 FPGA研究现状及基本结构

1.4 本文研究的主要内容

第2章 永磁同步电动机的数学模型及矢量控制原理

2.1 永磁同步电动机数学模型

2.2 矢量控制原理及方法

2.3 本章小结

第3章 基于FPGA的永磁电机控制的开发平台设计

3.1 系统硬件电路构成

3.2 检测电路设计

3.3 FPGA开发平台及开发流程

3.4 本章小结

第4章 永磁电动机转子位置检测与坐标变换的FPGA实现

4.1 转子位置检测的FPGA实现

4.2 坐标变换的FPGA实现

4.3 基于求模运算的坐标变换的FPGA实现

4.4 本章小结

第5章 永磁电动机矢量控制FPGA的实现

5.1 PI调节器的FPGA的实现

5.2 基于FPGA的SVPWM模块实现

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果