基于FPGA的永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，隨著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)取得了矚目的成就。但國(guó)內(nèi)針對(duì)五軸數(shù)控技術(shù)的研究卻很少，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的機(jī)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(gòu)主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有技術(shù)不開放、參數(shù)調(diào)整困難等缺點(diǎn)，不適于控制五軸精密數(shù)控機(jī)床中的主軸電機(jī)。本文以某精密工程研究所的攻關(guān)項(xiàng)目五軸精密數(shù)控機(jī)床為背景，對(duì)主軸電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入地研究并設(shè)計(jì)了一套適用于主軸電機(jī)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(duì)永磁同步電機(jī)（PMSM）進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并對(duì)矢量控制以及空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上給出了永磁同步電機(jī)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(shí)現(xiàn)空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的方法。
　　其次，本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化算法進(jìn)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(jìn)算法——混沌粒子群優(yōu)化算法，并將該算法應(yīng)用于電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的PID參數(shù)自整定?；煦缌Ｗ尤簝?yōu)化算法對(duì)全局最優(yōu)粒子的慣性

3、權(quán)重進(jìn)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(duì)本文提出的混沌粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行了收斂性測(cè)試，并與其他PID參數(shù)自整定算法進(jìn)行比較。測(cè)試結(jié)果表明算法改進(jìn)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(duì)永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制進(jìn)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(jìn)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(jì)方法，利用VHDL語言對(duì)PMSM伺服控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)證其正確性。根據(jù)系統(tǒng)需要，對(duì) FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行速度與面積的平衡優(yōu)化。FPGA設(shè)計(jì)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(jì)。
　　最后，構(gòu)建基于FPGA的永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件電路，并以此為硬件平臺(tái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本設(shè)計(jì)驗(yàn)證了論文提出的混