基于FPGA的永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，機械制造行業(yè)取得了矚目的成就。但國內(nèi)針對五軸數(shù)控技術(shù)的研究卻很少，導(dǎo)致國內(nèi)的機械制造產(chǎn)業(yè)在形狀復(fù)雜、加工精度高的零件加工上仍有很大的不足。由于外購主軸電機驅(qū)動器具有技術(shù)不開放、參數(shù)調(diào)整困難等缺點，不適于控制五軸精密數(shù)控機床中的主軸電機。本文以某精密工程研究所的攻關(guān)項目五軸精密數(shù)控機床為背景，對主軸電機的伺服控制系統(tǒng)進行了深入地研究并設(shè)計了一套適用于主軸電機控制的伺服控制系統(tǒng)。
　　本文首先在兩相旋轉(zhuǎn)

2、坐標(biāo)系下對永磁同步電機（PMSM）進行數(shù)學(xué)建模，并對矢量控制以及空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)進行研究。在此基礎(chǔ)上給出了永磁同步電機采用id=0控制方法的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖以及利用FPGA實現(xiàn)空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的方法。
　　其次，本文對標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化算法進行了深入地研究，在此基礎(chǔ)上提出了一種粒子群優(yōu)化算法的改進算法——混沌粒子群優(yōu)化算法，并將該算法應(yīng)用于電機伺服控制系統(tǒng)的PID參數(shù)自整定。混沌粒子群優(yōu)化算法對全局最優(yōu)粒子的慣性

3、權(quán)重進行了修正，并引入混沌序列，在保證全局最優(yōu)解的基礎(chǔ)上提高算法的收斂速度。對本文提出的混沌粒子群優(yōu)化算法進行了收斂性測試，并與其他PID參數(shù)自整定算法進行比較。測試結(jié)果表明算法改進有效地提高了算法的收斂速度。利用混沌粒子群優(yōu)化算法對永磁同步電機的雙閉環(huán)控制進行 Simulink仿真。仿真結(jié)果表明，利用本文提出的混沌粒子群優(yōu)化算法進行參數(shù)自整定后的系統(tǒng)在準(zhǔn)確性、魯棒性、快速性等方面表現(xiàn)均有所改善。
　　再次，本文以Altera公司

4、的FPGA芯片為核心，采用模塊化設(shè)計方法，利用VHDL語言對PMSM伺服控制系統(tǒng)的軟件部分進行設(shè)計并驗證其正確性。根據(jù)系統(tǒng)需要，對 FPGA設(shè)計進行速度與面積的平衡優(yōu)化。FPGA設(shè)計主要包括外圍硬件接口模塊、坐標(biāo)變換模塊、混沌粒子群 PID參數(shù)自整定模塊以及SVPWM模塊的設(shè)計。
　　最后，構(gòu)建基于FPGA的永磁同步電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的硬件電路，并以此為硬件平臺對整個系統(tǒng)進行性能測試實驗。從實驗結(jié)果可以看出，本設(shè)計驗證了論文提出的混