矢量控制速度伺服系统的FPGA实现.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.41M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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第11卷第1期 2007年1月电机与控制学报 ELECTRIC MACHINES AND CONTROL V01．11 No．1 Jall．2007 矢量控制速度伺服系统的FPGA实现颜景斌1，刘嘉辉1，谢金宝1，杨贵杰2 (1．哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨150040； 2．哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：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斗s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。关键词：永磁同步电动机；FPGA；矢量控制；伺服系统中圈分类号：TM34 文献标识码：A 文章编号：1007—449x(2007)01—0017—04 FPGA implementation of the Vector—controlled speed serVo system YAN Jing_binl， UU Jia．huil， XIE Jin_ba01， YANG Gui_jie2 (1．Electric＆Electronic En舀neering Couege，Harbin Univers时of Science and Technology，Harbin 150040，China； 2．School of Electrical En舀neering and Automation，Harbin Institute 0f 7rechnology，Harbin 150001，china) Abstract：Tb study and implement high-ped'onllance and d培ital speed senro system，on the basis of tlle mathematical model of pe珊aJlent magnetic synchronous motor and t}le t}leory of vector control，a digital Field一0riented—contI．oUed speed servo system realized on the platfb珊of one—chip FPGA，IPM and Incre— mental encoder has been proposed adopting modem EDA design technology．The implementation of func— tional modules，such as position measurement，regulator，Vector transfo册ation，SVPWM and communi— cation is pmposed．The experimental result is given at last．This system completes the vector con缸．ol algo— ri出m in 8汕s，the bandwid山of cuⅡent loop is 4 kHz，so tllis system has the advaIltage of fast response， wide speed range and so on． Key words：PMSM；FPGA；vector control；sen，o system 1引言已经形成了一套比较完整地理论体系，特别是随着速度伺服控制系统的发展经历了模拟式，数模混合式和数字式等几个阶段，目前已广泛应用于高微电子技术，计算机技术和电力电子技术的迅猛发精确度、高响应等场合。其采用的控制算法分为展，矢量控制算法的实现已经成为可能。而近些年淼激麓嚣嚣慧罄嚣收稿日期：2006—05一11；修订日期：206—11—10 基金项目：哈尔滨市青年科学基金项目(2004AFQⅪ044)；黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11513031) 作者简介：颜景斌(1972一)，男，博士生、副教授，从事电机驱动与控制的研究；刘嘉辉(1974一)，男，博士生、副教授，从事FPGA技术应用的研究；谢金宝(1980一)，男，博士生、讲师，从事FPGA技术应用的研究；杨贵杰(1965一)，男，博士、教授，从事一体化电机系统的驱动与控制的研究。万方数据

18 电机与控制学报第11卷发展的现代EDA技术，特别是可编程逻辑阵列(FP— GA)的出现，使矢量控制速度伺服系统的算法能够在单片FPGA上得以实现，其不仅克服了模拟伺服系统的可靠性低、零点漂移和分散性大等缺点，而且还具有控制电路体积小、可靠性高、控制精确度高、开发周期短和控制算法灵活性高等优点¨乞1。 xILINx公司作为FPGA的发明者，其至今已推出数代FPGA，其性能越来越高，容量越来越大， Spartan3系列FPGA是其在Virtex架构的基础上进行简化而推出的具有很高性价比的商用芯片，其容量从50 000～500 000门，主要由可配置逻辑模块 (CLB)、L／0模块(10B)、内嵌RAM模块、内嵌硬件乘法器(Multiplier)以及时钟管理模块、内部连线资源等组成。作为伺服系统中重要执行元件的永磁同步电动机具有体积小、重量轻、转矩纹波小、转速平稳、噪声低、动态响应快速准确，功率因数高，效率高等优点，在航空航天，工业控制以及家电行业中得到广泛的应用。本文给出了一种永磁同步电动机矢量控制速度伺服系统的设计方案，阐述了系统中各个功能模块的原理和实现方法，并且在xILINx公司的FPGA (Spanan3)上进行了验证，给出了速度响应波形。 2 PMSM的数学模型和矢量控制原理 PMSM作为交流伺服系统中重要的组成部分，分析其数学模型对于设计伺服系统有着重要的理论指导意义。而建立在d～q坐标系下的数学模型具有很多优点，其不仅可以用来分析电机稳态运行时的特性，而且可用于分析电动机的瞬态特性，并且模型相对简单。理想永磁同步电动机在d—q坐标系下的数学模型为旧。3 J：定子磁链方程沙d=Ldid+砂，砂q=￡qiq 定子电压方程 “d=尺。id+p砂。I一％。砂q1 Mq=R。iq+p沙q+％。砂d J 电磁转矩方程机械运动方程 Z=JP(砂。i。一妒。i。) (1) ，，、、 (3) t=咒+p∞。+％。 (4) 其中：L。、￡。分别为直轴、交轴电感；砂，为转子永磁体产生的磁链；R。为定子绕组的电阻；p为微分算子；P为电机的极对数；Z为电机产生的电磁转矩； t为负载转矩；∞。为电机的机械转速；B为与转速成正比的摩擦系数。将其转化成状态方程为万方数据厶。厶～“ 一鲁扭。专‰ 一丢争号(厶卅i。争～ ud 厶 ‰ 厶瓦．，． (5) 由式(5)可以看出，i。、i。与∞。是相互耦合的，并且状态方程是非线性的，因此，要得到类似于直流电动机的控制性能必须要经过解耦运算，通常采用 i。=O的矢量控制策略对式(5)进行化简。对于表面贴装式PMsM由于等效气隙较大，忽略凸极效应可当作隐极电机处理，即交直轴电感相等￡。=L。= ￡。经过坐标变换后，图l所示的虚线部分即可等效成一个直流电动机，可通过对i。的幅值和相位控制，从而得到与之成比例的电磁转矩。其中，i。的相位是通过位置传感器检测到的转子磁极位置信号，这样就能够保证定子电流矢量与转子磁场始终保持正交，从而实现解耦控制。图1矢量控制框图 Fig．1 The block diagr锄of Vector control 3 FPGA实现交流伺服系统的实现框图如下图2所示，主要包括控制电路，主回路以及信号检测部分等。本文主要介绍控制部分和信号检测部分的设计。 3．1转子位置检测接口的设计本文采用复合式增量光电编码器作为位置检测装置，其输出为六路信号，其中两路为正交的A、B 脉冲信号，一路为零位检测脉冲信号z，另三路为相差120。的霍尔位置信号u、V、w，从而很好的解决了增量式光电编编码器不能提供初始绝对位置这一问题。三路霍尔可以有6个状态，每个状态表示 60。电角度，则当系统上电时，三路霍尔信号可以提供转子所在的60。位置区间。为进一步减小误差，取每个位置区间的中间值作为转子的初始位置，这样，在电机起动时，导通角与实际转子位置最多有

第1期矢量控制速度伺服系统的FPcA实现 19 三种坐标变换，即CLARKE变换，PARK变换和 PARK逆变换。其中，CLARKE变换为从三相坐标系(a—b—c)到两相静止坐标系(d一口)的变换，通、j 常可按幅值不变原则f÷变换)或功率不变原则，厅、 (√÷变换)进行转换，其变换矩阵与转子位置无关，因此，实现比较容易。按照幅值不变原则变换的，图2交流伺服系统框图 Fig．2 The block diagram of AC servo system 30。电角度的误差。经过理论分析和实验证明，在最坏的情况下(误差为30。电角度)，电机能够产生足够的转矩来起动。在正常工作时，准确的检测转子表达式为厂， 1睛悸，一2 一 —3『。，一2万一2 PARK变换是由两相静止坐标系(仅一口)到两相旋位置和速度是非常重要的，通常通过对正交的A、B 转坐标系(d—q)的变换，其数学表达式为脉冲进行4倍频计数，可以得到转子的位置。对A、 B脉冲信号进行处理可以计算出转子的速度，其处理方法有很多种，包括M法、T法、M／T法。其中M 法，即测频法，适合于中、高转速的测量；T法，即测周期法，适用于低速测量；M／T法综合了M法和T 法的优点，可在宽的调速范围内对速度进行精确的测量，因此在数字伺服系统中有着广泛的应用。 3．2调节器模块的设计本系统的调节器包括电流调节器和速度调节器，对于位置伺服系统，还要包括位置调节器。调节器的性能直接决定了整个系统的动态特性和静态性能的好坏，因此，调解器的设计非常重要，可以采用多种算法，如PI、PID、PDFF、滑模变结构等，但相比而言，PI调节器具有算法简单、可靠性高、理论与技术成熟等优点，因此其广泛的被应用于工业控制、机器人控制等领域，尤其适合具有精确数学模型的系统。本系统的电流内环和速度外环都采用PI调节器，离散的PI表达式为 “(n)=u(凡一1)+K(e(n)一e(凡一1))+Kie(凡) (6) 为了减小不必要的超调和提高系统的控制性能，对PI调节器进行了改进，采用了积分分离的措施。其表达式为 u(n)=“(n一1)+艿砭(e(n)一e(n—1))+Kie(凡) (7) 其中6惟一开关信号，表达式为艿：{．：8：凡?<占。 eL凡J>8 s为设定的误差阈值，根据实际情况选取合适的占。 3．3坐标变换模块的设计 Lu 坐标变换是进行矢量控制的前提，通常要进行万方数据 [：：】=K；甜吲㈩ PARK一为PARK变换的逆变换，其表达式为阶隘一鞠删㈣，可以看出PARK变换和PARK。逆变换与转子位置角度有关，即系数矩阵是变化的，通常可采用泰勒级数展开式法、查找表法和数字旋转坐标机 (Cordic)等算法来进行系数矩阵的计算。而Cordic 算法避免了乘法运算，只采用移位加运算，因此非常适合于硬件实现。本文采用Cordic算法来实现坐标变换，但cordic算法中角度的范围为(一99．9。， 99．9。)，而转子位置角度的范围为(一180。，180。)，因此在进行Cordic计算前要进行预处理，先将角度转换到(一99．9。，99．9。)内。通常采用0，0，O，1，2， 3，…，Ⅳ序列"1。 3．4 SVPWM模块的设计空间矢量脉宽调制(SVPwM)的实现原理很多文献都有阐述¨曲J，在此不再赘述。其原理实现框图如图3，其主要由扇区判断模块，时间计算模块，时间分配模块，数据锁存模块，PwM生成模块，接口模块以及辅助时序模块等几部分构成。此模块用 FPGA实现后得到的相电压的波形如图4所示。 3．5通讯模块的设计数字化交流伺服系统要求能够对参数进行在线设置，对系统状态进行实时的监测与控制，因此，伺服系统与上位机的通讯是必不可少的，工业上，通常采用485通讯协议实现上位机与伺服系统的实时通讯，其用FPGA实现的框图如图5所示。

20 电机与控制学报第11卷 l 000 800 600 400 200 口墨 ≮ 谨毋霹：：≥：≥：：i 严”{一一一一；。一一一{一一一一；，一一～；一一‘一!一一。一{一。。一{ 7一一一?一’一一：一一。一j一一。一：图6速度阶跃响应曲线 Fig．6 The response fbr a step speed co耻nand 5 结论以永磁同步电动机、麟、IPM和光电编码器构成的矢量控制速度伺服系统具有硬件结构简单、可靠性高、控制精度高、柔性度高以及动态响应快等优点，其可以在8恤s内完成磁场定向控制算法，电流环、速度环的采样频率可以达到20 kHz以上，因此可以提供更宽的闭环带宽，从而实现高精度，快速响应的伺服系统。实验表明，该矢量控制速度伺服系统的速度响应时间可以达到ms级，其超调量和稳态误差都满足调节器的工程设计要求，具有良好的动态性能。参考文献： [1] zHOU zha町ong，u Tiecai，7IDsHIO Takah踮hi．FPGA realization of a high—pedj栅ance servo contIDuer fh PMsM[c]．A，m^ezm： APEC2004，2004：1604一1609． [2]陈坚．交流电机数学模型及调速系统[M]．北京：国防工业出版社，1989：128—173． [3]汤蕴璎，张奕黄，范瑜，等．交流电机动态分析[M]．北京：机械工业出版社，2005：91—10． [4] Hu xiaobo，RONALD G Harber，sTEVEN c Bas8．E。panding the r肌ge 0f Convergence of the CORD IC of the CORDIC A190r- ilhm[c]．腰EE 7km删幻琊on∞，印“￡er，1991：13—20． [5]Tzou YingIyll，Hsu Hau·Jean．FPGA reali越tion of叩ace—Vector PwM control Ic for three-ph船e PwM inveIter_s[c]．腰EE 7'rn邢一口diom on P0埘er Ef拟rDn泌，1997：953—963． [6] zHOu zh80yong，卫0sHIO¨ecai b．De8jgn 0f a unjversal space vector PwM conhDUer based on FPGA『C]． AMk溉： APEC2004，2004：1698—1702． L一辅助时序单元图3 SvPWM框匪 The Mock diag舢ofSⅥ)删modllle Fig．3 14．麓；IIz …1舟牟舄帆．．…、．、……，…，；冉；；； j ； j 图4 sVPwM相电流波形 Hg．4 The wavefo珊of ph嬲e cllrrent 图5异步串行通讯框图 n昏5 The block magram of asyncIlrono吣comI肌IliCation 4 实验结果本实验中用到的永磁同步电动机的额定功率为 1．2 kw，额定转速为2000r／min，定子的电阻为 3．5 Q，定子电感8 mH，极对数为4，速度环疋= 100，K=30。图6给出了目标速度为1 200r／min时的速度阶跃响应特性，由图可以看出，其响应时间为 8 ms，稳态误差小于1％，最大超调量小于5％，因此该系统具有良好的动态性能。万方数据

矢量控制速度伺服系统的FPGA实现作者：颜景斌，刘嘉辉，谢金宝，杨贵杰， YAN Jing-bin， LIU Jia-hui， XIE Jin-bao， YANG Gui-jie 作者单位：颜景斌,刘嘉辉,谢金宝,YAN Jing-bin,LIU Jia-hui,XIE Jin-bao(哈尔滨理工大学,电气与电子工程学院,黑龙江,哈尔滨,150040)，杨贵杰,YANG Gui-jie(哈尔滨工业大学,电气工程及自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001) 刊名：电机与控制学报英文刊名： ELECTRIC MACHINES AND CONTROL 年，卷(期)： 2007，11(1) 1次被引用次数：参考文献(6条) 1.ZHOU Zhaoyong.LI Tiecai.TOSHIO Takahashi FPGA realization of a high-performance servo controller for PMSM 2004 2.陈坚交流电机数学模型及调速系统 1989 3.汤蕴璆.张奕黄.范瑜交流电机动态分析 2005 4.HU Xiaobo.RONALD G Harber.STEVEN C Bass Expanding the range of Convergence of the CORD IC of the CORDIC Algorithm 1991 5.TZOU Ying-yu.HSU Hau-Jean FPGA realization of space-vector PWM control IC for three-phase PWM inverter-s 1997 6.ZHOU Zhaoyong.TOSHIO Tiecai Li Design of a universal space vector PWM controller based on FPGA 2004 相似文献(10条) 1.学位论文范金华基于FPGA的伺服系统设计与研究 2005 本课题以研制电动舵机用交流伺服系统为背景，提出一种新型的以DSP+FPGA为控制核心的全数字永磁同步电动机伺服系统架构，并对此系统的一些关键问题进行了研究。论文首先介绍了国内外对伺服系统的研究情况。其次，论文在分析了永磁同步电动机矢量控制原理的基础上，提出了一种 DSP+FPGA结构为控制核心的交流伺服系统。应用FPGA技术，论文对数字化脉宽调制电路的实现进行了研究。分别实现了正弦波脉宽调制和空间矢量脉宽调制电路。并从资源使用率和实现难易程度上对这两种脉宽调制方法做出了比较。同时利用卡尔曼滤波器，对信号进行滤波处理。最后，设计了基于 DSP+FPGA架构的永磁同步电动机伺服系统。利用TI公司的控制芯片TMS320LF2407和基于FPGA的空间矢量脉宽调制实现了永磁同步电动机的矢量控制。并在分析了SPI接口时序的基础上，实现DSP和FPGA器件之间的通讯。 2.期刊论文赵品志.崔乃政.刘亚静.杨贵杰.ZHAO Pin-zhi.CUI Nai-zheng.LIU Ya-jing.YANG Gui-jie 基于 FPGA的单芯片交流伺服驱动系统 -哈尔滨工业大学学报2008,40(3) 为研制高性能的全数字交流伺服驱动系统,设计了基于FPGA的单芯片伺服控制方案.采用现代EDA设计方法,使用Verilog硬件描述语言构建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硬件逻辑电路,并进行了仿真验证,最后在 Xilinx3S400 FPGA中实现了永磁同步电动机转子磁场定向控制.仿真和实验结果表明,系统具有很好的机械特性、力矩特性和动态性能,从而验证了使用 FPGA设计高性能的全数字单芯片交流伺服驱动系统具有较高的可行性. 3.学位论文刘军锋基于DSP和FPGA的开放式运动控制平台研究及其应用 2003 该文主要介绍基于DSP(TMS320LF2407A)和CPLD(MAX3128A)伺服运动控制平台的设计.文中在讨论了永磁同步电机的控制策略的基础上提出了针对表面式永磁同步伺服电机的i<,d>=0的矢量控制,介绍了通过光电码盘确定永磁同步电机转子磁极位置的方法,以及SVPWM的原理和特性及其数字实现方法.详细阐述由TMS320LF2407A和MAX3128A构建的传动控制系统平台.以上述平台为基础,设计了一个基于矢量控制的三环永磁同步伺服系统,为解决典Ⅱ系统超调和抗扰性的矛盾,将IP调节器引入系统.通过试验证明IP调节器在不影响系统抗扰性和稳态精度的前提下,大大降低了电流的超调.工程实践证明了设计的正确性.为了满足用户对系统方便操作和监视的要求,实现参数在线修改以及故障综合,并满足一定可视性,提出并设计了基于RS232的串行通讯程序,包括两部分:PC机的监控系统和数字操作器.文中详细分析了设计数字操作器的硬件模块及框图和软件流程,实际应用表明数字操作器方便了用户对系统的操纵和监视,已在实际工程中得到应用. 4.学位论文崔乃政基于FPGA的永磁无刷直流电动机驱动控制系统的研究 2005 传统的交流伺服驱动系统采用模拟器件实现,不可避免的存在温漂、老化等问题,已逐渐被数字系统所取代.永磁同步电动机由于功率密度大,转矩/惯量比大,无电刷和噪音低等优点,成为目前应用最多的高性能交流伺服电动机.本课题以研制台湾宝成集团电动缝纫机用高性能交流伺服系统为工程背景 ,提出一种基于FPGA的新型的全数字永磁同步电动机驱动控制系统架构,并对此系统的一些关键问题进行了研究.论文首先利用ANSOFT电机集成软件包进行了电动缝纫机用永磁同步电动机的设计,在此基础上建立了相应电机系统数学模型,探讨了电机系统矢量控制方法,提出了一种基于FPGA结构的全数字驱动控制系统.该系统最大的特点是结构灵活、有较强的通用性,适于模块化设计,从而能够提高算法效率;同时开发周期短,系统易于维护和扩展.其次,在对电压空间矢量脉宽调制的原理进行深入分析的基础上,采用Altera的ACEX1K系列FPGA器件,应用现代EDA技术,对SVPWM数字化的脉宽调制方法的实现进行了研究.实现了基于FPGA的空间矢量脉宽调制电路的设计.最后,设计了基于FPGA架构的永磁同步电动机伺服系统.系统采用光电编码器作为转子位置传感器,采用由IR2137集成驱动芯片驱动的IGBT功率模块构成三相桥式电压型逆变器.由IR2175电流传感器完成闭环控制中的电流的检测,用Verilog-HDL语言编写了电流采样、坐标变换、PI调节和空间矢量脉宽调制等IP模块,实现了基于FPGA的永磁同步电动机的矢量控制,并给出了相应仿真实验结果.

5.学位论文徐飞鹏仿真转台用交流伺服驱动系统的研究 2004 传统的交流伺服驱动系统采用模拟器件实现,不可避免的存在温漂、老化等问题,已逐渐被数字系统所取代.永磁同步电动机由于功率密度大,转矩/惯量比大,无电刷和噪音低等优点,成为目前应用最多的高性能交流伺服电动机.该课题以研制仿真转台用交流伺服系统为背景,提出一种新型的全数字永磁同步电动机驱动控制系统架构,并对此系统的一些关键问题进行了研究.论文首先在分析了永磁同步电动机矢量控制原理的基础,提出了一种DSP+FPGA结构的全数字驱动控制系统.该系统结构最大的特点是结构灵活,有较强的通用性,适于模块化设计,从而能够提高算法效率;同时开发周期短,系统易于维护和扩展.其次,采用Altera公司的Cyclone系列FPGA,应用现代EDA技术,对数字化的脉宽调制(PWM)方法的实现进行了研究.分别实现了三角波—正弦波脉宽调制、等零脉宽(t<,7>=t<,8>)调制和空间矢量脉宽调制电路.并从资源使用率和实现难易程度上对这几种脉宽调制方法做出了比较.最后,设计了基于 DSP+FPGA架构的永磁同步电动机伺服驱动系统.该系统采用旋转变压器和轴角变换器AD2S82构成了跟踪型的测角系统,利用AD公司的集成DSP电机控制器 ADMC401和基于FPGA的空间矢量脉宽调制实现了永磁同步电动机的矢量控制.并在分析了SPI接口时序的基础上,实现了DSP和FPGA器件之间的通讯. 6.学位论文万筱剑数控机床进给用交流伺服驱动系统的研究 2005 该文以研制数控机床进给用永磁同步交流伺服系统及其应用为工程背景展开。对永磁同步电动机的数学模型，磁场定向，脉宽调制方法等理论进行了分析推导；对交流伺服控制系统若干功能模块的FPGA实现算法进行了研究，并对速度伺服控制器电路中的所有模块均用硬件语言VerilogHDL进行描述，在源代码通过功能仿真和时序仿真测试后，再经过Synplify软件综合生成EDF网表文件，在Xilinx低成本FPGA(SpartanⅡE-XC2S300E)器件中得到实现语言对其进行了验证，最后将所研制的交流伺服驱动系统应用在数控机床中。该课题的研究对于高性能交流伺服驱动控制系统的发展以及数控装备有重要意义。首先，分析了永磁同步电动机的伺服控制策略，确定对表面式永磁同步电动机采用id=0的控制策略，建立了表面式永磁同步电动机的数学模型，对转子的磁场定向的矢量控制原理进行了分析，对SPWM，等零脉宽调制和SVPWM脉宽调制方式分别用Verilog语言进行了描述，并对各个算法进行了模块化设计。其次，针对交流伺服控制系统的功能要求，根据FPGA模块设计的特点，把速度伺服控制器的数字硬件划分为几个功能模块，分别对这些功能模块进行了设计，然后把各个功能模块进行了综合，完成了整个驱动系统的设计。最后，把设计成功的交流速度驱动器应用到一台数控机床上，对整个数控机床系统进行了介绍，对机床的数控系统和进给驱动系统进行了调试，编写了数控指导说明书，并编写了几个加工实例，分析了交流伺服系统的性能，得出所研制的交流伺服系统具有反向速度快，定位时间短，转矩恒定，满足了数控加工的要求，具有较好的线性调速特性及良好的动态性能。 7.期刊论文王阳.王中.黄声华.WANG Yang.WANG Zhong.HUANG Sheng-hua 基于FPGA的卫星天线用交流伺服系统设计研究 -微电机2007,40(6) 现场可编程逻辑阵列(FPGA)有可靠性高、速度快等优点,同时可以把FPGA设计生成ASIC电路,从而大大减少系统成本.目前FPGA已经开始应用于交流伺服系统.提出了一种基于FPGA的卫星天线伺服系统的设计方法,分析了系统的结构和功能,通过实验证明了这种方法的正确性和实用性. 8.学位论文荀尚峰基于RBF型神经网络交流伺服速度控制器的研究 2006 随着我国工业和航天事业的不断发展，对伺服系统的性能和精度要求越来越高，交流伺服系统以其优异的性能在近年来被广泛的使用。但由于交流伺服系统在本质上具有非线性、时变性、多变量、强耦合的特点，因此，若要提高交流伺服系统的品质，对控制策略就提出了很高的要求。针对交流伺服系统的特点，本文结合了RBF(Radial Basis Function)神经网络和矢量控制，设计了一种自适应速度控制器。首先对交流永磁同步电动机的数学模型进行了研究，并确定对永磁同步电动机采用转子磁场定向的矢量控制策略，详细分析了控制方案。根据永磁同步电动机的特点，选用了RBF神经网络，因为它具有对非线性函数的良好逼近性能。随后详细介绍了RBF神经网络的原理和基本学习算法。在理论分析的基础上，设计了一个自适应速度控制器，并用于单芯片交流伺服控制系统，根据FPGA的特点，把整个系统分成了几个模块分别实现，并对系统中关键的空间矢量脉宽调制模块和自适应速度控制器模块进行了详细的论述。提出了RBF网络的在线训练和离线训练的方法。最后，将设计的单芯片交流伺服控制系统应用在一台数控机床上，实验结果表明，设计的控制系统具有很好的鲁棒性，并改善了交流伺服驱动系统的动态性能。 9.期刊论文周兆勇.徐征.李铁才基于两相正交开关霍尔传感器的混合型转子位置预估方案的FPGA实现 -电工技术学报2004,19(1) 提出了一种利用两相正交的锁定型开关霍尔传感元件对正弦波永磁同步电动机转子位置进行预估计的新型数字电路设计方案,并进行了误差分析,最后在可编程逻辑器件FPGA上完成了布局布线和时序验证.仿真和实验结果表明稳态时能够获得比较高的位置精度,而且性价比比较合理,可以与其他功能模块或IP芯核相结合应用在低成本的简易正弦驱动场合. 10.学位论文杨金磊基于无传感器的永磁同步电动机矢量控制系统的研究 2009 永磁同步电动机无需励磁电流、运行效率和功率密度都很高，但它的高性能控制需要精确的转子位置和速度信号去实现磁场定向。在传统的永磁同步电动机运动控制系统中，通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置和速度。然而，这些传感器增加了系统的成本，并且降低了系统的可靠性。因此，取消这些装置以提高系统可靠性并降低成本研究逐渐成为热门。本文首先建立了永磁同步电动机的数学模型，深入研究了永磁同步电动机的矢量控制理论，并在此基础上讨论了永磁同步电动机的矢量控制方案。针对常规矢量控制存在的不足，本文提出了基于空间电压矢量脉宽调制（Space-voltage Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM）技术的矢量控制系统，利用电压空间矢量调制能够使逆变器实现电压空间矢量的连续输出，有效地减小了电流谐波成分，抑制了转矩脉动，同时也提高了直流母线电压的利用率，拓宽了系统的调速范围。本设计采用DSP TMS320LF2407A为核心进行了永磁同步电动机矢量控制系统的软硬件设计，以减小转动脉动，提高系统的动静态特性。系统的硬件部分包括电流检测、FPGA显示设计、驱动电路和系统保护电路等。系统的软件部分采用DSP编程实现，采用基于id=0的转子磁场定向矢量控制方法，完成对永磁同步电动机的解耦控制，速度调节和电流调节采用PI控制算法，逆变器采用SVPWM控制策略。首先对电机电流信号和转速信号进行了数字化处理和数字定标，在此基础上编写了系统主程序、初始化程序和定时器中断服务子程序，并在设计的硬件平台上，对程序进行了大量调试。本文还进行了，基于无传感器的矢量控制系统仿真研究，并对仿真波形进行了深入分析。结果表明：该系统理论上具有较好的动静态特性，可以满足驱动的设计要求。引证文献(1条) 1.杨亮亮.周云飞.赵江涛基于内模电流解耦的PMSM矢量控制研究[期刊论文]-电气传动 2008(9) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_djykzxb200701004.aspx 授权使用：陕西理工学院(sxlgxy)，授权号：9785424f-ac70-4cab-985a-9df201019192 下载时间：2010年9月15日

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