FPGA在交流异步电机无速度传感器矢量控制系统的应用

时间:2011-08-24

 

  随着现代控制理论、微处理技术和电力电子技术的不断发展,基于矢量控制的高性能交流传动系统得到广泛的应用。异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统,若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标,再利用坐标变换,就可以把定子电流中的励磁分量和转矩分量独立开来分别进行控制。这就是矢量控制的出发点。SVPWM调制技术把逆变器和电机看成一个整体来处理,所得模型简单,便于处理器实时控制,并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高等优点。

  产业背景

  作为执行器的控制电机--直流电机、步进电机、交流电机(包括PMSM 、IM )等。

  各种电机的控制芯片:

  PMSM:效率高、控制性能好、成本高、弱磁提速困难

  IM:结构紧凑、价格低、易维护、控制复杂

  交流电机(PMSM 、IM )--DSP、ASIC

  交流电机控制的ASIC工程实例

  国际整流器公司(International Rectifier)2007.11.16推出的面向洗 衣机的永磁同步电机(PMSM)无传感器控制平台--IRMCF341 .

  2、我们的工作

  FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA一般来说比ASIC(专用集成芯片)的速度要慢,无法完成复杂的设计,而且消耗更多的电能。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品,可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。

  设计基于FPGA的感应电机(IM)的无传感器控制平台。

 

  控制平台的系统框图

 

  Virtex-II Pro的内部架构

 

  运动控制引擎内部结构

 

  3路PWM硬件联合仿真波形

 

 

  第1路PWM波实测波形

  基于NI产品的测试平台

  设计了基于NI USB-6251与LabVIEW的测试系统,监测电机的运行过程中各种参数指标。

 

  LabVIEW测试系统界面

 

 

  3、团队成员介绍

  王旭:西安工程大学机电工程学院研究生。主要研究方向为机电控制。

  王飞:西安交通大学智能网络与网络安全研究所研究生。主要的研究方向是基于SOPC平台的网络安全系统。

  戴宝林:西安工程大学机电工程学院研究生。主要研究方向测试技术。

  高鹏:西安理工大学自动化与电子信息工程学院本科生。

 


  
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