《电机数字控制系统集成设计》系列讲座（十五） 第7章基于FPGA架构交流电机数字控制系统集成设计

本节介绍一种低成本、高集成度的全数字轴角变换系统。使用△∑调制技术构建了频率、幅值连续可调的激磁信号发生器,对采样点进行优化控制及滤波处理。使用CORDIC算法进行鉴相,通过PI调节器实现快速闭环跟踪,实现了一种基于FPGA的全数字闭环角度解算算法。     

《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。     

全数字转差轴角变换器

针对双转子电机在实现精确矢量控制时需要其内外转子的相对转速/相对转角信息的问题,提出一种基于旋转变压器测量双转子电机内外转子的相对转速/转角的方法。首先,基于坐标变换对旋转变压器的全数字轴角变换算法进行改进,设计一种全数字转差轴角变换算法,使改进后的算法可对相对转速/相对转角进行精确闭环跟踪,而且轴角变换算法的复杂度较直接求差获得相对转速/转角可以减少一半,使其易于实现。其次,通过仿真分析验证全数字转差轴角变换算法的正确性,并基于TMS320F2812设计相对转速/转角测量系统,进行相关的硬件设计和软件设计。最后,通过实验验证了所设计系统的可行性。     

全数字轴角变换器系统设计

本文介绍了旋转变压器的工作原理,提出一种全数字轴角变换器的系统设计方法,采用过采样和频移技术,基于锁相环的同步旋转参考系,设计了一种精确快速的轴角变换器。利用Matlab/Simulink对所设计的轴角变换系统进行了仿真分析,仿真结果验证了系统设计的正确性。     

基于△∑调制原理的全数字轴角变换算法

为研究一种低成本、高精确度的全数字轴角变换系统,采用基于过采样原理的△∑模拟数字转换(△ΣADC)对旋转变压器返回的调制信号进行高频采样,设计了具有周期陷波特性的正弦滤波器消除数字信号中的载波信号,并通过延时校正补偿系统回路中所产生的相位滞后,解算后的正余弦信号通过由数字锁相环构成的角度闭环跟踪算法实时解算角度和速度信号。实验结果表明,所提出的全数字轴角变换系统依靠△ΣADC的高性能和现场可编程门阵列(FPGA)的高速运算能力,可以实现具有高精确度和高动静态特性的全数字轴角变换,降低了系统成本。     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座 第1章 电机数字控制系统集成设计综述

前言基于现代EDA(Electronic DesignAutomation)技术和MCU(MicroController Unit)、DSP(DigitalSignal Processor)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array)器件,运用现代电机控制理论,进行电机控制器的集成化研究将是电机控制领域的一个重要发展方向,开发具有自主知识产权的电机控制IP(IntellectualProperty)芯核,实现SOC(System on     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座（八）第5章基于DSP架构交流电机数字控制系统集成设计

（接上期）5．1引言现代高性能伺服驱动系统要求高的动态特性,快速的加减速能力,高的峰值转矩和较小的转矩波动。所有这些特性的获得都是通过对电机转矩的控制未实现的。对于交流永磁同步电动机系统转矩的控制,以往多采用模拟控制技术来实现的。这是因为数字控制技术的发展远没有模拟控制技术发展那样成熟,另一方面是由于微处理机的计算速度,在某种程度上限制了数字控制的应用。然而,随着科技的不断发展,数字信号处理器（DSP）的出现,为电机系统的数字化控制注入了新的生机,美国AD和TI公司相继研制成功了以DSP为内核的集成电机控制芯片,为交流永磁同步电动机系统的全数字控制提供了必要的硬件和软件基础。     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座（十二）第6章基于HCU架构交流电机数字控制系统集成设计

本节介绍基于Infineon8位嵌入式微处理器在空调压缩机驱动控制系统中的应用。重点分析空调压缩机用永磁同步电动机（PMSM）的转子位置与速度预估算法、启动问题及相应驱动控制策略,完成基于XC878的低成本、高性能空调压缩机用无传感器永磁同步电动机驱动控制系统集成设计。     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座（十一） 第6章 基于MCU架构交流电机数字控制系统集成设计

上一节以Infineon公司嵌入式微处理器为例，介绍了8、16及32为MCU的结构、特点及开发应用工具及编程环境。本节介绍基于Infineon8为嵌入式微处理器XC878在滚筒洗衣机驱动控制系统中的应用，重点分析滚筒洗衣机工况、技术要求及相应的控制策略，完成基于XC878的低成本、高性能滚筒洗衣机用永磁同步电动机驱动控制系统集成设计。     

电机专用集成电路的应用 五：旋转变压器专用轴角变换器

在模拟系统中,旋转变压器是精确而又可靠的轴位置传感器。但随着数字控制技术的发展,迫切需要数字式位置检测装置,因此,如何将旋转变压器输出的模拟量转换成数字量,便成为现代轴角变换器的主要任务了。正余弦旋转变压器专用轴角变换器(RDC)在多年前就已出现,近来采用高新技术开发的新一代单片RDC相继问世,其价格低、分辨率高、跟踪速度快,已成为用户的优选产品。美国AD公司的AD2S80A便是典型产品之一。     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座（九） 第5章 基于DSP架构交流电机数字控制系统集成设计

依据上一节对基于DSP架构交流电机数字控制系统集成设计的分析、掌握了ADMC331DSP的基本结构,进行了电机系统三相电流的采样、坐标变换电流环设计以及电压解耦控制等,为无刷直流电动机系统的数字控制提供了必要条件,本节重点介绍无刷直流电机系统的数学模型及在位置控制系统中的应用。     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座(十) 第6章 基于MCU架构交流电机数字控制系统集成设计

本章以Infineon 8、16和32位嵌入式微处理器(MCU)为例,介绍集成MCU电机控制芯片的结构及特点、编程环境及工具。在此基础上重点分析基于MCU架构交流电机数字控制系统集成设计方法及在空调压缩机、洗衣机、伺服控制领域的设计与应用。     

第7章基于FPGA架构交流电机数字控制系统集成设计

本章在第2章电机数字控制集成设计算法的基础上,重点介绍基于FPGA的空间矢量脉宽调制（SVPWM）的集成设计与实现、旋转变压器轴角（R／D）变换电路设计及基于FPGA架构交流电机数字控制系统集成设计的应用。     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座(三) 第2章电机数字控制系统集成设计基础算法

2.4CORDIC协处理器在电机矢量控制系统中,坐标旋转变换是最复杂也是最重要的运算之一,通常的解决方案是查ROM表或利用DSP的高速处理能力计算泰勒展开式,但这两种方案都占用较多的系统资源,不适合于FPGA实现。这里主要介绍的是采用CORDIC算法。2.4.1 CORDIC理论基础CORDIC是COordinate Rotation     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座(二) 第2章 电机数字控制系统集成设计基础算法

针对气动打标机小型化、操作方便、高性价比等发展要求,本文设计出一款嵌入式气动打标机系统。系统硬件采用"ARM9+FPGA"的架构,以wince5.0操作系统为软件平台。设计的系统体积小、可靠性高、人机交互好。通过现场测试表明,所设计的打标机系统取得了预期的效果。     

《电机数字控制系统集成设计》系列讲座(五) 第4章 数字脉宽调制方法的分析与实现

(接上期)4.1引言在电机驱动控制系统中,脉宽调制多采用传统的模拟技术来实现,即脉宽调制信号的获得是通过三角波与所希望的调制函数直接比较而获得。随着高性能的交流伺服驱动系统的全数字控制的发展,要求电机电流控制采用数字脉宽调制方法来实现。然而,数字脉宽调制技术的发展远不如传统的模拟脉宽调制技术成熟。综观现有的文献,数字脉宽调制方法多采用规则采样技术,PWM信号则是通过对规则采样技术获得的数学方程式的计算获得的。这种数字脉宽调制方法仅仅是对模拟自然采样的三角波—正弦波(SPWM)方法的近似。近年来,一些新的脉宽调制技术,即三角波—正弦     

基于TSPWM的车用交流感应电机控制器设计

针对低速电动车所用两电平逆变器共模电压(CMV)严重的问题,采用新型PWM调制方法 TSPWM(Tristate Space Pulse Width Modulation),结合英飞凌32位微控制芯片XMC4200,在不增加硬件成本的条件下,设计了一套共模电压明显减小的车用交流感应电机控制器。提出了基于基本电压矢量作用时间和三相PWM占空比的TSPWM新的实现方法。研究了TSPWM与XMC4200结合产生新型PWM信号的方法,同时利用Matlab/Simulink和Dave3分别自动生成控制算法和底层驱动代码,并装载到以XMC4200为核心的电机控制器中进行试验。试验表明,采用TSPWM控制的感应电机具有较小的共模电压,所设计的控制器实现简单,具有较好的控制性能。     

数字RDC在PMSM控制系统中的应用

为构造结构简单、成本低廉、可靠性高的全数字化永磁同步电动机(PMSM)驱动控制系统,提出了一种具有隆伯格(Luenberger)观测器结构的数字轴角变换算法.利用Matlab/Simulink进行软件仿真,并据此搭建了基于数字RDC的PMSM矢量控制平台.仿真和实验结果表明,这种算法抗干扰能力强,能够实现精度较高的电机转子磁极位置检测,改善了伺服控制系统的运行性能.     

基于龙伯格观测器的RDC磁极位置检测方法

介绍一种用于永磁同步电机控制的转子磁极位置检测方法,提出了一种应用软件算法实现的全数字的RDC(轴角变换器)。将传统的RDC重构为龙伯格(Luenberger)观测器的形式,应用这种重构软件算法实现的RDC具有高精度、较小的相位滞后、高可靠性和稳定性的特点。并利用Visual Model Q软件实现了整个系统的仿真,仿真结果验证基于龙伯格观测器的RDC磁极位置检测算法的正确性。     

基于XMC4500的旋转变压器转换接口设计

永磁伺服同步电机的使用越加的广泛,而MCU迅速发展使得电机伺服系统设计方案越来越简单可靠。伺服控制电机需要位置反馈,与传统的位置传感器想比,旋转变压器更容易维护,适合在环境恶劣的工况下工作。本文基于英飞凌推出的新一代M4处理器完成了带旋转变压器伺服控制系统的硬件设计和软件设计;系统选用的是英飞凌新一代的处理器XMC4500,文章具体介绍了旋转变压器原理,以及旋变解调的硬件电路设计。