求一种基于FPGA的永磁同步电机控制器的设计方案

1449 FPGA 永磁同步电机控制器

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 求一种基于FPGA的永磁同步电机控制器的设计方案。 1
2021-5-8 07:02:07　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报李晓婷相关推荐 • 如何对一种基于永磁同步电机伺服系统的控制算法进行仿真？ 1420 • 如何去搭建一种永磁同步电机的数学模型 1764 • 永磁同步电机MTPA的控制原理是什么 2672 • 如何去实现对三相永磁同步电机的矢量控制呢 1267 • 怎么设计永磁同步电机控制器？ 2667 • 潜油永磁同步电机的控制应用有哪些 1437 • 怎样去调试永磁同步电机FOC矢量控制中电流环PI控制器的参数 5462 • 永磁同步电机的控制器，电机功率大概在500w左右，实现调试和定位功能有什么性价比高的解决方案吗？ 2465 • 如何调试表贴式永磁同步电机FOC矢量控制中电流环PI控制器的参数？ 1906 • 到底什么是永磁同步电机？如何去控制永磁同步电机的速度呢？ 4321 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 　　提出一种基于FPGA的永磁同步电机控制器的设计方案，该设计可应用于具有高动态性能要求的永磁同步电机伺服控制系统。为提高伺服控制系统的实时性，简化电路及节省成本，该系统设计采用Ahera公司生产的CycloneIII EP3C25Q240C8型FPGA器件实现电机控制器。嵌入NiosⅡCPU软核配合片内硬件乘法器及可编程逻辑门阵列，实现软硬件协同工作。通过QuartusⅡ软件自带的SignalTaplI嵌入式逻辑分析仪进行板上调试验证，得到带有死区输出的PWM波形。该PWM波形可用于电机驱动。　　1 引言　　国内普遍采用TM320系列的DSP器件作为永磁同步电机控制系统的主控制器，因CPU负载过重导致系统实时性降低的问题日益显著。采用具有并行工作特性的FPGA器件作为主控制器能够提高系统实时性。因此，这里给出一种基于FPGA的永磁同步电机控制器设计方案。　　FPGA器件内嵌NiosⅡCPU软核的SoPC是Altera公司首创的SoC解决方案。将SoPC应用到电机控制中，是当前的研究热点。FPGA依靠硬件逻辑门工作，NiosⅡ处理器依靠执行软件程序工作。而在电机控制中实现软硬件协同工作则是设计的难点和创新之处。本设计需要特别注意软硬件协同工作的时序控制。软硬件之间信号的交换需按严格时序进行控制。　　2 片上系统规划　　片上系统功能总体规划为电机硬件驱动和NiosⅡ系统模块两部分，前者主要完成速度外环，电流内环的双闭环运算；而后者主要完成按键输入、LED数码管显示、电机驱动器参数设置和传输以及上位机通信。　　3 系统硬件设计　　3．1 NioslI系统模块　　3．1．1 Nios lI系统模块的设计　　在QuaauslI的SoPC builder中调出nioslI软核。调用4个用于输出的PIO核，挂接到Avalon总线上，作为信号输出I／O端口，这4个PIO核分别是start（启动电机信号），Data（16位，电机参数值），ec（8位，参数寄存器使能信号），choice（3位，多路选择信号）。调用6个作为输入的PIO核用以按键输入。设置中断掩码寄存器为中断有效，边沿捕获寄存器为上升沿检测。按键经FPGA引脚，用户设计硬件防抖动后，产生一个上升沿信号，启动NioslI处理器中断，执行相应中断功能。调用异步串口UART内核，实现与上位机通信，设置其波特率同定，UART通过中断请求实现数据通信功能。图1和图2分别给出Niosll系统结构框图和其电路原理图。　　　　　　3．1．2 NiosⅡ系统软件设计　　该系统设计的软件程序主要在Nios IED软件中编辑调试，实现按键中断程序，按键如下：reset（复位），start／stop（启动和暂停），choose（参数选择），increase（参数值的增量），de-crease（参数值的减量），transmit（参数的传输）；并实现串口通信中断程序。图3为NiosⅡ处理器软件执行流程。　　　　这里只给出 stait按键中断软件程序代码，而choose，in-crease，decrease，transmit程序与之相同。　　int main（void）　　{ alL_irq_register（start_IRQ，start_BASE，start_ISR）；／／按键　　start的中断注册　　IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK（start_BASE，　　0x01）；／／开启中断使能；　　IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CA（start_BASE，　　0x00）：／／清除捕获寄存器；　　／／只给出start变量（用于启动电机）初始化，并写入输出　　寄存器：其他变量初始化相同；　　Unsigned start=0；　　． IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_data（start_BASE，start）；　　／／变量写入输出PIO寄存器；　　While（）　　} 　　3．2 电机硬件驱动模块　　电机硬件驱动模块实现clark，park，i_park坐标变换，PI调节器，SVPWM产生器，转速检测等硬件模块等双闭环结构。由于上述各个模块设计比较简单常见，因此，这里主要介绍SoPC时序控制部分。Reset按键为全局复位。复位后系统软件从主程序入口开始执行；而此时硬件驱动模块中的两个状态计数器为“-1”。这两个计数器计数时间对应50μs和1 ms，分别对应于电流环和速度环的采样时间。一旦检测到来自NiosⅡ处理器的start高电平信号，该信号作为计数使能信号，这两个计数器从“0”开始计数，计数为“0”时产生一个高电平脉冲信号，电流环计数器脉冲用于锁存SVPWM中的Ta，Tb，Tc（三相占空比信号），并启动A／D转换。速度环的计数器脉冲锁存一个反馈速度信号，然后计数器循环计数。　　4 仿真结果　　该系统设计对电机驱动部分进行开环验证。给定uq（旋转坐标中的力矩分量）为2 048（16位Q12的定点），ud（旋转坐标中的励磁分量）为0。正余弦两个查找表各有720个地址，相邻地址相差0．5°。每相隔50μs查找地址增量为l，即电机每隔50μs转过0．5°，约为1 666 r／m。在QuartusⅡ中进行时序仿真可得到如图4和图5所示的波形。　　　　由图4可知，A相上桥臂在每个PWM周期的占空比不同，具有从增到减，从减到增的规律；从图5可知，器件实际工作时，上下桥臂死区时间为2μs，而且死区时间可采用NiosⅡ处理器设置。由于有死区时间的控制，该PWM可接入电机进行开环调试。　　5 结论　　本设计的SoPC器件已产生PWM波，用于开环验证，为后续闭环验证提供条件。FPGA在高速数字信号处理领域逐显优越，且SoC已成为集成电路发展的主流，而SoPC是SoC一种灵活的解决方案。其具有软硬件协同工作，合理分配软硬件功能等特点，从而能够快速灵活实现系统设计。SoPC控制电机可提高电机动态响应，缩小系统面积，节省成本。

2021-5-8 14:32:53 评论举报冯栋