基于FPGA的高精度交流伺服系统研究硕士研究生学位论文.doc

硕士学位论文
基于FPGA的高精度交流伺服系统研究
A Thesis Submitted in Partial of Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
Research on High Precision AC Servo System Based on FPGA

Candidate: Zheng Lu
Major: Electric Machine and Apparatus
Supervisor: Prof. Huang Shenghua
Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074,
Feb., 2007
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已标明引用的内容外,本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
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年月日
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不保密□。
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年月日年月日
摘要
随着电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术的快速发展,交流伺服驱动技术取得了很大的进步。由于永磁同步电机有着电磁转矩纹波系数小、运行平稳、动态响应快、可靠性高等优点,在高精度、高性能要求的伺服驱动领域,永磁同步电机伺服系统已逐渐成为交流伺服的主流。
本文首先介绍了伺服系统的概念和组成、发展和应用及基本要求,然后推导出永磁同步电机的数学模型,分析其空间矢量图及时间向量图,并根据实际情况提出了按励磁磁场定向的矢量控制方法。
接着本文对单电源供电的线性放大电路进行了详细分析,给出了线性放大电路的接线方法和电路设计方法,和双电源供电放大电路作了比较,并给出了仿真波形和实验结果。
在第四章,介绍了一种速度曲线生成的方法,并给出由matlab 。然后结合实际使用的混合式光电编码器,介绍了位置检测的方法,并描述了三种基本的速度检测算法,指出了各方法适用的场合及优缺点。
第五章介绍了Cyclone系列EP1C12Q240C8 FPGA芯片的结构特点,并根据实际系统对系统硬件设计作了详细的阐述。
第六章介绍了FPGA的开发流程,详细描述了各模块的设计方法及思路,提出了一种基于FPGA的四倍频电路的实现方法,并用QuartusⅡ对各模块做了时序仿真,并给出仿真波形。
最后用永磁同步电机对该系统做了实验,记录并分析了电压以及电流波形,且用用QuartusⅡ软件中的SignalTapⅡ直接测出了速度波形。
关键词:伺服系统,永磁同步电机,矢量控制,线性放大,FPGA
Abstract
Under the development of motor technology, modern power electronics, microelectronics technology, control technology puter technology, AC servo drive technology has promoted great progress. As permanent synchronous motor has the merits of low ic torque ripple coefficient, stable operation, rapid the dynamic response, high reliability, permanent synchronous motor servo system has gradually e the mainstream of AC servo system in the high-precision, high-performance servo drive field.
This paper introduced the conception, composition, develop