verilog实现FOC控制

以下是一个使用Verilog实现FOC（Field Oriented Control）控制的简单例子：

module foc_controller (
  input clk,
  input rst,
  input [15:0] adc_a,
  input [15:0] adc_b,
  input [15:0] adc_c,
  output reg pwm_u,
  output reg pwm_v,
  output reg pwm_w,
  output reg dir_u,
  output reg dir_v,
  output reg dir_w
);

parameter Kp = 16'h4000;
parameter Ki = 16'h0200;
parameter Kd = 16'h0300;

reg [15:0] theta;
reg [15:0] theta_ref;
reg [15:0] i_alpha;
reg [15:0] i_beta;
reg [15:0] i_d;
reg [15:0] i_q;
reg [15:0] v_alpha;
reg [15:0] v_beta;
reg [15:0] v_d;
reg [15:0] v_q;
reg [15:0] v_u;
reg [15:0] v_v;
reg [15:0] v_w;
reg [15:0] error_d;
reg [15:0] error_q;
reg [15:0] error_int_d;
reg [15:0] error_int_q;
reg [15:0] error_d_prev;
reg [15:0] error_q_prev;

assign pwm_u = v_u > 0;
assign pwm_v = v_v > 0;
assign pwm_w = v_w > 0;
assign dir_u = pwm_u;
assign dir_v = pwm_v;
assign dir_w = pwm_w;

always @(posedge clk) begin
  if (rst) begin
    theta <= 16'b0;
    theta_ref <= 16'b0;
    i_alpha <= 16'b0;
    i_beta <= 16'b0;
    i_d <= 16'b0;
    i_q <= 16'b0;
    v_alpha <= 16'b0;
    v_beta <= 16'b0;
    v_d <= 16'b0;
    v_q <= 16'b0;
    v_u <= 16'b0;
    v_v <= 16'b0;
    v_w <= 16'b0;
    error_d <= 16'b0;
    error_q <= 16'b0;
    error_int_d <= 16'b0;
    error_int_q <= 16'b0;
    error_d_prev <= 16'b0;
    error_q_prev <= 16'b0;
  end else begin
    // Clarke transform
    i_alpha <= (2*adc_a - adc_b - adc_c) >> 1;
    i_beta <= (adc_b - adc_c) >> 1;

    // Park transform
    i_d <= i_alpha*cos(theta) + i_beta*sin(theta);
    i_q <= -i_alpha*sin(theta) + i_beta*cos(theta);

    // PID control
    error_d <= theta_ref - theta;
    error_q <= 0 - i_q;
    error_int_d <= error_int_d + error_d;
    error_int_q <= error_int_q + error_q;
    v_d <= Kp*error_d + Ki*error_int_d + Kd*(error_d - error_d_prev);
    v_q <= Kp*error_q + Ki*error_int_q + Kd*(error_q - error_q_prev);
    error_d_prev <= error_d;
    error_q_prev <= error_q;

    // Inverse Park transform
    v_alpha <= v_d*cos(theta) - v_q*sin(theta);
    v_beta <= v_d*sin(theta) + v_q*cos(theta);

    // Inverse Clarke transform
    v_u <= v_alpha;
    v_v <= (-v_alpha + sqrt(3)*v_beta) >> 1;
    v_w <= (-v_alpha - sqrt(3)*v_beta) >> 1;

    // Update theta
    theta <= theta + (i_q*v_d - i_d*v_q)*65536/1000000;
  end
end

endmodule

这个模块实现了一个FOC控制器，包含一个基于PLL的角度估算器和一个基于PID的电流控制器。在每个时钟周期内，首先进行Clarke变换和Park变换，将三相交流电流转换成直流坐标系下的d轴电流和q轴电流。然后，根据PID控制器的输出计算d轴电压和q轴电压，并进行反Park变换和反Clarke变换，将d轴电压和q轴电压转换成三相交流电压。最后，根据电流和电压的乘积计算机械角速度，并通过积分获得机械角度。在每个周期结束时，更新机械角度。