基于dspfpga的永磁同步电机伺服控制系统研究（可复制）.pdf

华中科技大学硕士学位论文
摘要
随着电力电子技术尤其是 DSP 和 FPGA 技术的飞速发展,以及先进控制理论的应
用,永磁同步电动机(PMSM)伺服控制系统的理论与应用研究的新成果不断涌现。本
文围绕 DSP 主控制器和 FPGA 辅助控制器的伺服系统结构,开展了伺服系统电流环和
速度环调节器的建模与设计、电机的启动方法及硬件和软件系统设计研究,主要研究工
作包括:
基于 Clark 和 Park 变换,建立了同步旋转坐标系下永磁同步电机的数学模型,在此
基础上分析了 PMSM 矢量控制原理、空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术及其实现
方法,确定了伺服系统的控制方案。
分析伺服系统内各环节的特性,建立了各环节的数学模型,推导出 PMSM 伺服系
统电流内环和速度外环的传递函数,根据系统稳定性条件推导出电流内环和速度外环各
增益系数的计算公式。为增强系统抗负载扰动能力,在速度环 PI 调节器设计的基础上,
进行了速度环模糊 PI 控制器的设计。
根据伺服系统的功能要求,进行了以 DSP+FPGA 为核心的硬件系统设计,包括硬
件结构的总体构成设计、DSP+FPGA 数字控制电路的设计、主功率回路与辅助电源设计、
反馈检测电路和保护电路的设计等。利用 C 语言完成了包括主程序、各类中断程序和一
些重要软件模块在内的软件系统的设计。在深入研究电机启动方法的基础上,确定了电
机的启动方法及其相应的软件实现方式。
最后建立了伺服系统仿真模型,对仿真结果进行了分析,进行了伺服系统实验调试,
分析了实验结果,通过仿真和实验验证了系统的正确性和有效性。

关键词:永磁同步电机数字信号处理器现场可编程门阵列伺服系统矢量控制
空间电压矢量脉宽调制模糊控制
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract

With the rapid development of the power electronics, especially the DSP and FPGA
technology, and the application of advanced control theories, more and more new theoretical
and application achievements on the PMSM servo control system continuously appear. Based
on the system structure which is consisted of the DSP as the main controller and the FPGA as
the supplementary controller, this paper mainly researches on the designing of current
closed-loop and speed closed-loop controllor, the method of the motor starting and the
hardware and software implementation of the servo system. The main research will be
described as follows:
The mathematical model of PMSM in two-phase synchronous rotating coordinate
system is presented based on Clark and Park transform. According to the principle of PMSM
vector control and the technique of space vector pulse width modulation (SVPWM), the
control scheme of the PMSM servo control system will be decided.
After setting up the mathematical model of all parts of the servo system, the
mathematical model of the current closed-loop and speed closed-loop are deduced. According
to the control theory of stability condition, the