基于FPGA实现的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法技术

一种基于FPGA实现的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，采用自顶向下的设计思想和模块化设计方式，使用Verilog硬件描述语言设计了控制器所需的全部算法，包括龙伯格观测器模块、SVPWM及死区补偿模块、Clark‑Park模块、PI控制模块、CORDIC模块、AD/DA转换控制模块、角度给定模块和解码模块。该方法充分利用FPGA丰富的可编程逻辑资源将复杂的控制算法通过并行的硬件电路实现，相比软件实现控制方案，本发明专利技术具有执行效率高、计算速度快、设计灵活简洁、可移植性高等优点，在永磁同步电机无位置传感器控制，及其高速运行和多电机控制场合，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA实现的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法
本专利技术涉及永磁同步电机控制领域，特别涉及一种基于FPGA实现的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法。
技术介绍
永磁同步电机(PMSM)以其效率高、功率密度大和调速范围宽等优点，在高性能伺服、调速等场合得到广泛的应用。PMSM无位置传感器控制因其省去了位置传感器，对减小电驱动系统体积，降低系统成本，提高系统可靠性等方面具有重要意义。因此，研究高实时性的位置估计算法代替机械式位置传感器，引起了工业界和学术界的广泛关注。目前，常规PMSM无位置传感器闭环控制解决方案大都采用微控制器(MCU)来实现。普通48MHz主频的32位MCU执行一次矢量控制和位置估计算法时间可能超过30us。因此，在高速场合，受MCU计算资源限制，无法实现更高更新频率的PWM输出。但是，采用硬件执行算法，可大大减小算法执行时间，开发出具有更高执行效率的控制器或专用集成芯片(ASIC)。相比基于MCU软件实现方案，基于FPGA硬件实现方案具有如下优势：高速且并行计算能力强、设计灵活、可靠性高、可移植性强等，已应用于主动前端整流、多电平变换器、交流伺服本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA实现的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，其特征在于：所述控制方法包括永磁同步电机全速范围无位置传感器控制策略和FPGA实现策略；所述永磁同步电机全速范围无位置传感器控制策略中，低速阶段采用I/F启动控制策略，加速到一定转速后切换至基于龙伯格状态观测器的无位置传感器闭环控制：I/F启动控制策略，产生一个频率逐渐增大而电流幅值跟随给定值的旋转电压矢量，分为预定位阶段和加速启动阶段；预定位阶段采用电流闭环，即给定q轴以幅值足够大的电流，d轴电流给定为零；给定位置为270度，这样可以将转子N极定位于α轴；预定位使得给定d‑q坐标系滞后于真实d‑q坐标系90°电角度，保证加速...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA实现的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，其特征在于：所述控制方法包括永磁同步电机全速范围无位置传感器控制策略和FPGA实现策略；所述永磁同步电机全速范围无位置传感器控制策略中，低速阶段采用I/F启动控制策略，加速到一定转速后切换至基于龙伯格状态观测器的无位置传感器闭环控制：I/F启动控制策略，产生一个频率逐渐增大而电流幅值跟随给定值的旋转电压矢量，分为预定位阶段和加速启动阶段；预定位阶段采用电流闭环，即给定q轴以幅值足够大的电流，d轴电流给定为零；给定位置为270度，这样可以将转子N极定位于α轴；预定位使得给定d-q坐标系滞后于真实d-q坐标系90°电角度，保证加速启动瞬间电磁转矩为零，随着给定d-q坐标系的旋转，电磁转矩逐渐增加；根据电机功角自平衡原理，功角δ会稳定在一个固定值；龙伯格状态观测器位置估计策略，在同步旋转估计d-q轴坐标系上，状态空间模型表示为式中，为状态向量，为输入向量，为输出向量，A、B、C分别为状态空间矩阵、输入矩阵和输出矩阵系数，定义如下：根据式(1)，建立龙伯格观测器，表达如下：式中，L为反馈增益矩阵，其表达如下其中，ωob、ζob为龙伯格状态观测器带宽、阻尼系数，为保证收敛快速性，需选择合适观测器带宽和阻尼系数：式中，ωPLL为锁相环(PLL)带宽；平滑切换策略，采用两步切换策略，即电流切换与位置切换，当电机通过I/F启动拖至设定转速时，龙伯格状态观测器对转子位置进行准确地估算；此时减小q轴给定电流根据电机功角自平衡原理，功角δ会逐渐...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴春，陈子豪，黄希，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33