永磁同步电机最大转矩电流比控制的FPGA设计与实现
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摘要：本文提出了一种永磁同步電机最大转矩电流比控制FPGA的设计，以提高电磁转矩的响应速度、稳态特性以及减小磁链脉动，具有良好的动态特性。在数据的处理方面采用自定义的方式对小数运算进行处理，极大的提高系统的精度，同时也兼顾了系统性能的优化和资源的分配。验证了控制策略具有良好的动态响应、稳态特性、转矩脉动小，在全速范围内对永磁同步电机参数的变化具有较强的鲁棒性，是一种高性能的交流调速方式。
关键词：最大转矩电流比；永磁同步电机：FPGA
1永磁同步电机最大转矩电流比控制原理
永磁同步电机最大转矩电流比控制原理结构图，如图1所示，整个系统主要包括：滑模速度控制器、最大转矩电流比控制、CLARK变换、PARK变换、PARK逆变换、Pl调节器、SVPWM的产生等诸多模块。通过一系列的变换以及算法的实现，利用电压矢量的线性组合，就获得一系列连续不同的电压空间矢量，输出六路PWM波形送到三相电压型逆变器，通过控制逆变器的通断，便实现了交流调速的目的[2]。
2永磁同步电机最大转矩电流比控制的FPGA设计
2.1滑模速度控制（HM）模块的设计
为了使永磁同步电机交流调速驱动器具有良好的负载转矩扰动、控制精度、参数摄动，滑模速度控制器通过使用切换控制算法在相平面中沿着预定轨迹强制驱动响应来稳定设定点[3.4]，原理图如图2所示。
2.2最大转矩电流比的设计
在忽略不计铁心的涡流损耗和磁滞损耗，不计磁路中铁心的磁通饱和，假设空载电势是正弦波等条件下建立数学模型[5.6]。
设y为电枢电流空间矢量与直轴位置的相位角，可以得到：
PARK变换及其逆变换都包含三角函数的运算、乘法、加法运算。对小数运算采用自定义的方式进行数据处理。
对于变换中的三角函数运算，采用了CORDIC算法来实现求解正弦函数和余弦函数。其流水线结构，每级迭代运算都有一套运算单元[6]。
PID控制策略就是对电流、电压、转速的相关模块进行有效的调节控制。为提高运算处理速度，采用并行计算方式，包括两个部分，布斯编码是将乘数进行重编码再与被乘相乘，产生部分积；另一部分是实现部分积相加，超前进位加法实现部分积的相加，为防止出现饱和的问题，采用过限消弱积...
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