FPGA驱动的飞轮磁轴承集成控制系统：紧凑设计与高效能实现

本文档探讨了"基于FPGA的飞轮磁轴承一体化控制系统设计"，针对2012年的研究成果。研究的主要目标是通过优化磁悬浮飞轮控制系统的体积和功耗。该系统采用了四轴飞轮磁轴承结构，并集成了一体化的控制器，利用现场可编程门阵列（FPGA）技术来实现高效能控制。 在设计中，作者重点介绍了如何将磁轴承控制器和功率放大器功能合并到同一片FPGA中，实现了包含不平衡补偿的转子位移控制和电流控制。通过使用分时复用的浮点运算IP核，控制算法得以高效执行，这允许在有限的资源内完成复杂的数学运算。为平衡运算速度和资源消耗，作者提出了一个AD转换器精度与浮点IP核数据精度选择策略，确保了系统的准确性。 设计中还创新地引入了增量式算法，通过简单的乘加单元和查找表，实现了不平衡补偿算法中三角函数值的实时计算，减少了硬件复杂度。此外，文档详细阐述了三电平脉宽调制（PWM）在FPGA中的实现方法，以及如何处理转子位移信号，确保了系统的稳定性和控制精度。 实验结果显示，这个一体化控制器在0-7000r/min的转速范围内，能够有效控制飞轮的径向位移，使其保持在保护间隙的10%以内，证明了其出色的性能。值得一提的是，整个四轴飞轮磁轴承控制系统能够在资源占用相对较少的情况下，即使用少于20万逻辑门的FPGA实现，显示了设计的高效和经济性。 关键词包括磁轴承、一体化控制、现场可编程门阵列、不平衡补偿和三电平脉宽调制，这些关键词反映了文章的核心技术和研究领域。整个论文被分类为工程技术类，具有较高的学术价值和实用意义。