永磁同步电动机主要应用于调速驱动及伺服控制中,由于其结构简单、效率高、调速范围宽、重量轻、功率密度大等一系列优点,使得永磁同步电动机的研究得到更一步的重视。直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型的高性能的交流调速技术,其控制方式简单、转矩响应快、便于实现数字化控制等优点,在交流传动中正得到越来越多的应用。采用单片FPGA已经可以完全实现复杂的控制算法,并且具有可重构、可靠性高、运行速度快等优点。通过FGPA芯片的技术验证,以软件方式实现硬件电路测试,避免设计时出现流片风险,较好的与硬件设计相结合。因此实现基于FPGA的高性能永磁同步电机驱动系统,具有重要的应用价值和研究意义,在军事和工业等领域具有广泛的前景。本文介绍了永磁同步电动机的数学模型、永磁同步电动机直接转矩控制相关理论,并以此为基础,加入模糊RBF神经网络模块,建立模糊RBF神经网络的永磁同步电机DTC的Smulink仿真模型,并与传统的直接转矩控制系统进行对比分析,在一定程度上提高了控制系统的动态和静态性能,改善了定子磁链、电机转速和电磁转矩问题。其次,研究了SVPWM算法性能,并对其应用到直接转矩控制系统中进行了理论推导,并将模糊PI控制器取代SVPWM直接转矩控制系统中的速度PI调节器,建立改进后的SVPWM直接转矩控制系统,并对仿真结果进行详细分析,结果表明电机转速和电磁转矩都要优于传统DTC和模糊RBF神经网络DTC。在单片现场可编程逻辑阵列(FPGA)芯片上,利用硬件描述语言和EDA模块化设计思想实现了基于SVPWM直接转矩控制的永磁同步电机驱动控制系统,给出了矢量变换模块、定子磁链以及角度位置模块、转矩模块、数字模糊PI调节器和测速模块、硬件滤波模块以及SVPWM算法模块等具体的实现方法。在满足设计要求的基础上优化各模块的设计,以降低其所占用的芯片资源。采用自顶至下的设计思想,对系统按功能模块来进行设计,增强系统的可移植性,缩短开发周期。最后,通过Quartus Ⅱ和Modelsim软件对系统各个模块进行功能仿真和时序验证,构建了整个系统的硬件平台对电机控制系统进行性能测试和分析,实验结果表明此系统具有良好的稳定性和动态响应性能,验证了本设计方案的可行性。
