矢量控制速度伺服系统的FPGA实现

为了研究与实现高性能、全数字化的速度伺服系统,在永磁同步电动机的数学模型基础上,依据矢量控制理论,采用现代EDA设计方法,利用可编程逻辑阵列(FPGA)、智能功率模块(IPM)和增量式光电编码器等,实现了基于转子磁场定向控制(FOC)策略的全数字化速度伺服系统,给出了位置检测、调节器、矢量变换、电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)和通讯等模块的实现方法.实验结果表明,该系统能够在8 μs内完成矢量控制算法,其电流环带宽达到4kHz,具有响应快速,调速范围宽等优点.     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座（十六）第7章基于FPGA架构交流电机数字控制系统集成设计

介绍了一种基于FPGA的全数字单芯片交流伺服驱动系统。采用现代EDA设计方法,使用VerilogHDL硬件描述语言完成了永磁同步电动机矢量控制系统的坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）、电流环、速度环以及串行通讯等电机控制模块的编程,在Xilinx3S400FPGA芯片中实现了永磁同步电动机转子磁场定向控制。     

基于STM32的移动空调直流变频器的设计

本文给出了一种基于STM32微控制器的移动空调直流变频器矢量控制方案。该方案基于磁场定向控制算法(简称FOC),采用三电阻采样和龙伯格状态观测器。通过SVPWM波控制IPM功率模块驱动压缩机平稳运行,减少了移动空调微型压缩机转矩脉动大的问题。实验证明,该控制器变频调速平稳、振动小,应用前景广阔。     

基于DSP的异步电动机转子磁链定向控制系统

为了获得异步电动机的高动态性能,从动态模型出发,研究了异步电动机的调速系统,主要介绍了磁链定向控制(FOC)的方法。采用TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为控制系统核心,利用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术进行调制,给出了控制系统软件设计方法,完成了对异步电动机的双闭环控制实验。     

永磁同步电动机矢量控制系统仿真分析

在分析永磁同步电动机(PMSM)数学模型的基础上,利用Matlab/Simulink搭建了PMSM矢量控制系统仿真模型,系统采用速度、电流双闭环PI控制.该模型采用转子磁链定向控制实现解耦,逆变器模块采用电流滞环和空间电压矢量(SVPWM)两种不同的开关控制方案.仿真结果验证了转子磁链定向控制方法的有效性,同时对不同开关控制方案时系统的性能差异进行了比较分析.     

永磁同步电机SVPWM控制策略仿真研究

基于电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)的三矢量合成磁通法,提出了采用三矢量合成磁通法建立永磁同步电机SVPWM控制系统仿真模型的方法,在Matlab6.5/simulink中建立了永磁同步电机SVPWM控制系统的模型,并着重介绍了SVPWM控制模块.仿真结果表明三矢量合成磁通法在永磁同步电机SVPWM控制系统中的应用是有效的,为其设计提供了新的思路.     

基于FPGA的交流伺服驱动系统的设计与实现

提出了一种基于旋转变压器的全数字交流伺服系统设计方案。采用VerilogHDL硬件描述语言及EDA工程设计方法,将一个完整的永磁同步电机的矢量控制算法集成在一片FPGA上,实现了电机系统的高密度、小型化设计,其在航空、航天等高性能伺服系统中有较大的实用价值。论文详细介绍了位置、速度检测单元,矢量变换单元,PI调解器,SVPWM单元等基本模块的结构和设计方法。实验结果表明,该系统具有良好的动态和静态性能。     

基于DSP的异步电机变频调速矢量控制研究

针对异步电机变频调速系统,阐述了电源板设计与驱动板设计框图。对于主控板描述了电流检测和速度反馈模块的设计电路,说明了CPLD模块的逻辑图设计。详细阐述了矢量控制系统框图,分析了基于DSP对异步电机的矢量控制过程。描述了矢量控制程序设计和矢量控制算法流程图,给出了捕获模块与速度计算模块设计思路等。阐述了空间矢量模块程序设计具体思路。给出了矢量控制测试结果以及对应扇区三相波形图。实现了PID闭环控制并给出了速度测量曲线图。     

考虑开路运行模式时的五相永磁同步电机FOC

五相永磁同步电机在开路故障下,由于缺乏有效的空间解耦模型,常采用滞环电流控制。针对滞环电流控制难以应用于大功率场合的问题,提出了一种五相电机矢量控制,即正常模式、单相开路、两相开路(包括相邻和不相邻两相开路)模式下的转子磁场定向控制(FOC)。所提FOC基于维持基波定子磁动势和定子永磁体磁链圆形旋转的原则,给出了适用于各种运行模式下的Clarke和Park变换矩阵以及空间解耦模型。这些解耦模型具有相似的电压方程和转矩方程形式,因此矢量控制可以得到统一。在五相电机驱动系统上验证了所提出的空间解耦模型及FOC方法的有效性和可行性。     

矢量控制长定子直线同步电机的Matlab／Simulink仿真

分析了长定子直线同步电机（Long Stator Linear Synchronous Motor,LSLSM）的数学模型,在Matlab7.0/Simulink环境下,按照LSLSM的数学模型搭建了LSLSM电机模块,并建立了坐标变换、速度控制、空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制等矢量控制所需的重要模块,构建了LSLSM矢量控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真实验结果表明模型的有效性,验证了其控制算法,为实际LSLSM矢量控制系统的设计和调试提供了理论参考。     

基于FPGA和DSP的高性能伺服控制器设计

针对高性能伺服控制器对复杂的控制算法以及较小延时的需求,研究了一种基于FPGA和DSP的高性能伺服控制器设计方法。FPGA完成电流环、坐标变换、空间脉宽矢量调制、电流位置读取,DSP则负责速度环、位置环和上位机通信,使系统既能实现复杂的控制算法,又能将延时控制到最小,从而保证控制器的最佳性能。此外,详细介绍了两者之间的通信方式以及三环控制器设计。试验数据结果表明,伺服控制器速度环带宽能达到100 Hz,额定转速下稳速精度在1 r/min以内,定位精度能达到0.02°,证实了该控制器结构的实效性。     

一种新型的无刷直流电机调速系统的模糊PI智能控制

在分析无刷直流电机(BLDCM)数学模型的基础上，建立了控制系统的仿真模型，提出了一种新型的模糊PI智能控制方法。在BLDCM双闭环调速系统中，电流控制仍采用PI控制器，而转速控制通过采用常规PI控制和模糊控制相结合的方法来实现．结果表明，这种新型的模糊PI智能控制方法响应快、无超调、鲁棒性强、抗干扰能力好，较传统PI控制具有更好的动、静态特性。     

基于神经网络的机械臂电机速度控制器的片上可编程系统

针对机器人伺服控制系统高速度、高精度的要求,介绍了一种全数字化、基于神经网络控制的直流电机速度伺服控制系统设计方案。速度控制器采用BP网络参数辨识自适应控制,并将其在一片现场可编程门阵列(FPGA)中硬件实现,同时以NiosII软核处理器作为上位机,构成一个完整的速度伺服控制器的片上可编程(SOPC)系统。试验结果表明,该系统具有较高的控制精度、较好的稳定性和灵活性。     

基于矢量控制的高性能交流电机速度伺服控制器的FPGA实现

提出了一种全数字化的基于电流矢量控制算法的交流电机速度伺服系统控制器的硬件设计方案，并在一片现场可编程门阵列FPGA中得到了具体验证和实现。该方案综合运用了矢量控制算法、M／T测速算法、PI调节算法、SVPWM算法以及EDA设计方法学等，在速度伺服或位置伺服等高性能运动控制系统中有重要的应用价值。所设计的控制器集成电路提供了标准的主机通信接口，可以对各种控制参数进行在线调整，其电流环和速度环的采样频率均可以达到20kHz以上。实验结果表明，该控制器在低速与高速运行状态下均能获得良好的动态和静态性能，其可控转速范围为0．2—10000r／min。     

多轴伺服控制器的片上系统设计

针对数字伺服控制算法及片上系统集成技术的问题,依据矢量控制和伺服系统设计理论,建立了磁场定向矢量控制器、速度控制器和位置控制器等高性能IP核模型,开发了坐标变换、速度测量、SVPWM、反时限保护、PID调节器、电子齿轮、前馈控制及滤波器等关键算法模块,详细规划了各模块的调度时序。在此基础上,进一步集成了RISC微处理器模块,并采用时分复用设计方法,在FPGA工艺平台中最终实现了多轴伺服控制器片上系统。实验结果表明,该芯片能够接收脉冲命令、模拟命令或数字命令,既可以工作在位置控制模式,也可以配置为速度伺服或力矩驱动模式,每个轴的运行是相对独立的,并且控制参数在线可编程。     

基于DSP2812的全数字交流伺服系统的实现

以TMS320F2812为主控制器,设计了一种全数字化的交流伺服系统。给出了系统的硬件组成和软件实现方法。并采用了位置环、速度环、电流环的三闭环控制策略和转子磁场定向矢量控制方案,充分利用了DSP的高速运算能力和丰富的片内外资源,对系统进行了加载实验和位置伺服控制实验,实现了交流电机的全数字伺服控制。实验结果表明该系统具有良好的动态和静态特性,可广泛用于电气传动装置中。     

永磁交流伺服系统速度控制器优化设计方法

针对永磁同步电机数字控制系统中,电机转速动态过程中出现的由于通常采用PI控制器串联校正来设计速度环而导致的超调和振荡问题,提出了一种速度控制器优化设计方法.在分析了永磁交流伺服系统速度环数学模型的基础上,调整了速度控制器中比例增益的作用位置,构成IP控制器局部反馈校正来设计速度环.根据稳定性和跟随性要求,选取转速偏差指标函数,优化控制器参数设计,同时在控制器设计中增加了anti - windup策略.所设计的控制器,可以获得电机转速的无超调、无振荡快速响应,并具有较强的抗扰动能力.仿真和实验结果验证了设计方法的有效性和可行性.     

基于FPGA的无刷直流电机舵机控制器设计

针对无刷直流电机的运行特点,建立了以FPGA芯片为核心的相互独立的四轴无刷直流电机舵机伺服控制系统。利用VHDL语言设计了各功能硬件模块和NIOS软核处理器,并用C语言编程在软核中实现了针对无刷直流电机的带前馈的电流、速度和位置三闭环软件控制算法。整个控制系统体积小、可靠性高、灵活性强,实现了全数字控制。通过实验验证了基于FPGA芯片的无刷直流电机舵机全数字化控制器的先进性。     

基于Matlab无刷电动机模型参考自适应控制的研究与实现

本文在分析无刷电动机数学模型的基础上,建立了控制系统的仿真模型,提出了直流无刷电机调速系统模型参考自适应控制的新方法.在双闭环调速系统中,电流环采用电流滞环控制,转速环采用间接参考模型自适应控制,控制器参数估算采用最小二乘算法.仿真结果表明:这种新型的间接模型参考自适应控制方法响应快、无超调、鲁棒性强、抗干扰能力好,较传统PI控制具有更好的动、静态特性.     

Robust 2DOF fuzzy gain scheduling control for DC servo speed controller

This paper proposes a new design method called “robust 2DOF fuzzy gain scheduling control” for a DC servo speed control system. The proposed technique utilizes the basic concept of 2DOF robust loop shaping, whose time‐domain specifications are combined during the controller design using a reference model. In addition, the local controllers are fixed‐ structure robust controllers whose structure can be specified as for a simple controller. A fuzzy approach is adopted in both system identification process and global control structure to accomplish an entirely robust system. Although the design of robust control in a fuzzy system is not easy, genetic algorithms (GAs) simplify the control design problem to design the fuzzy controller such that the average stability margin is minimized. Implementation of a DC servo speed control was adopted to investigate the effectiveness of the proposed controller. As seen from the results, the proposed controller has more robust performance and can be adopted in applications with a wide operating range. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.