基于FPGA的矢量控制速度伺服系统实现

本文主要探讨了基于FPGA实现的矢量控制速度伺服系统的设计，特别是在永磁同步电动机(PMSM)的基础上，采用现代电子设计自动化(EDA)技术和可编程逻辑阵列(FPGA)来构建全数字化的速度伺服系统。文章详细介绍了系统的关键模块，包括位置检测、调节器、矢量变换、空间矢量脉宽调制(SVPWM)和通信模块。 1. 调节器模块设计: 系统中的调节器模块包括电流调节器、速度调节器以及在位置伺服系统中可能包含的位置调节器。PI调节器因其简单、可靠和成熟的技术而被广泛选用。文章提到了一个改进的PI调节器，通过积分分离技术减少超调，提升系统的控制性能。具体表达式展示了如何通过积分项和比例项来更新控制信号。 2. 坐标变换模块设计: 矢量控制需要进行坐标变换，包括CLARKE变换、PARK变换和PARK逆变换。CLARKE变换将三相坐标转换为两相静止坐标，而PARK变换则进一步将两相静止坐标转换为两相旋转坐标。PARK逆变换则是反向操作。文章提到了使用Cordic算法实现这些变换，该算法避免了乘法运算，适合硬件实现。由于Cordic算法的角度范围限制，需要预先对转子位置角度进行转换。 3. SVPWM模块设计: SVPWM模块用于生成电机驱动所需的脉宽调制信号。系统包括扇区判断、时间计算、时间分配、数据锁存、PWM生成、接口模块和辅助时序模块等多个部分。该模块的实现有助于产生高效的相电压波形，提高系统性能。 4. 通讯模块设计: 为了实现在线参数设置和实时监控，系统采用485通讯协议与上位机进行通信。FPGA实现的通讯模块确保了伺服系统和上位机之间的实时交互。 该文章详细阐述了一个基于FPGA的高性能、全数字化速度伺服系统的各个关键组件，特别是PI调节器的改进、坐标变换的实现方式和SVPWM技术的应用，以及通信模块的构建。这些设计和实现方法提升了伺服系统的动态性能和静态特性，适用于需要快速响应和宽调速范围的工业应用。