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，黒龙江哈尔滨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（1PM）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|Js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；伺服系统中图分类号：TM34文献标识码：A文章编号：1007-449X（2007）01-0017-04FPGAimplementationofthevector2controlledspeedservosystemYANJing2bin*,LIUJic^hui1,XIEJin2bao*,YANGGui2jie2(1.Electric&ElectronicEngineeringCollege,HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin150040，China;2.SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150CX)I,China)Abstract:Tostudyandimplcmcnthigh2pcrformanccanddigitalspeedservosystem，onthebasisofthemathematicalmodelofpcrmancntmagncticsynchronousmotorandthetheoryofvectorcontrol,adigitalField2Oriented2controlledspeedservosystemrealizedontheplatforrnofone2chipFPGA，IPMandIncre2mentalencoderhasbeenproposedadoptingmodernEDAdesigntechnology.Theimplementationoffunc2tionalmodules,suchaspositionmeasurement,regulator,vectortransformation,SVPWMandcommuni2cationisproposed.Theexperimentalresultisgivenatlast.Thissystemcompletesthevectorcontrolalgo2rithmin8Ps，thebandwidthofcurrentloopis4kHz，sothissystemhastheadvantageoffastresponse，widespeedrangeandsoon.Keywords:PMSM;FPGA;vectorcontrol;servosystem1收稿日期:2006-05-11；修改曰期:206-11-10基金项目：哈尔滨靑年科学基金项目（2⑽4AFQXJ044）;思龙江省教育厅科学技术研宄项目（11513031）2作者简介：颜景斌（1972。）.男，博上生、副教授，从事电机驱动与控制的研宂刘嘉辉（1974-）男博士生、副教授。从事FPGA技术应用的研发谢金宝（1980-）男博士生、讲师，从事FPGA技术应用的研发杨贵杰（1965、）男博士。教授，从事一体化电机系统的驱动研究1引言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儿个阶段，y前己广泛应用于高精确度、高响应等场合。其采用的控制算法分为VVVF控制、矢量控制、直接转矩控制等。而矢®控控制理论自从1972年被提出后，经过几十年的发展，己经形成了一套比较完整地理论体系，特别是随着微电子技术，计算机技术和屯力电子技术的迅猛发第11卷第1期2007年I月电机与控制学报ELECTRICMACHINESANDCONTROLVol.llNo.lJan2007展，矢最控制算法的实现己经成为可能。而近些年发展的现代EDA技术，特别是可编程逻辑器件阵列(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［1"2］。XILINX公司作为FPGA的发明者，其至今己推出数代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50000〜500000门，主要由可配置逻辑模块(CLB)、I/O模块(I0B)、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，功率因数卨，效率髙等优点，在航空航天，工业控制以及家电行业屮得到广泛的应用。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没计方案...