[发明专利]一种基于全FPGA的多相伺服电机系统控制方法

说明书

本发明涉及一种基于全FPGA的多相伺服电机系统控制方法，用于实现多相电机伺服控制系统的高速和高精度控制，提高多相电机伺服系统运行的性能指标，包括FPGA处理器、驱动电路、旋转变压器、电流采集电路和电机控制电路。伺服控制系统采用全FPGA的控制方案，包括旋转变压器模块，三角函数处理CORDIC模块、多相坐标变换模块、SVPWM模块，AD采样模块、PI运算调节模块以及上位机串口通信模块。FPGA通过旋转变压器和AD采样模块来获取电机的角度位置、转速、电流和伺服位置，实现多相电机的位置、转速和电流三闭环控制算法，从而实现多相电机的高性能控制，使多相电机的伺服控制具有更快的响应速度和抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及一种高精度和高速的多相伺服电机系统的控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

多相电机因其容错性能好、可靠性高、转矩脉动小等优势，适合应用于大功率、高可靠性的工业场合。但由于电压向量维数增加、电机机电量与非机电量的耦合等因素，导致控制算法的复杂度大幅增加，传统的控制芯片难以胜任。近年来，随着全球半导体制造技术的发展，现场可编程逻辑阵列(Filed Programmable Gate Array，FPGA)呈现出高密度、低功耗、多功能以及高性价比等特点，使其越来越广泛地应用于各类工业控制领域。此外，相对于传统的单片机、DSP和专用的ASIC芯片，FPGA硬件化并行计算的特点使其能够适应更复杂的快速控制算法。因此，研究基于全FPGA的多相电机伺服控制系统，优化并提高多相伺服控制系统的性能具有较强的现实意义。

发明内容

本发明的目的是：提高多相电机伺服控制系统控制性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于全FPGA的多相伺服电机系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过采样电路采样多相伺服电机的电流、位置以及转速，利用驱动电路驱动多相伺服电机，其中，采样电路包括安装在多相伺服电机电机本体上的旋转编码器和LVDT位移检测装置以及电流采样单元；

步骤2、在FPGA上设计位置、转速及电流的三闭环伺服控制软件算法模块，该三闭环伺服控制软件算法模块采用功能模块化的构建理念，分为顶层调用模块和各功能模块，包括速度及位置获取模块、电机电流获取模块、三闭环伺服控制模块以及，顶层调用模块将各个功能分模块进行例化和连接具体包括以下步骤：

步骤201、伺服系统的伺服给定值输入给顶层调用模块；

步骤202、FPGA读取旋转编码器输出的转速信息，并通过速度及位置获取模块获得多相伺服电机的实际转速n；FPGA读取LVDT位移检测装置输出的位移监测值，并通过速度及位置获取模块采用CORDIC算法实现三角函数的简便计算，获得多相伺服电机的实际转子位置角θ_e；FPGA读取电流采样单元输出的实时电流检测信息，并通过电机电流获取模块获得伺服内环控制的反馈电流信息；

步骤203、速度及位置获取模块获得的多相伺服电机的实际转速n以及实际转子位置角θ_e和机电流获取模块获得的伺服内环控制的反馈电流信息输入三闭环伺服控制模块，并且伺服给定值也输入三闭环伺服控制模块，由三闭环伺服控制模块利用位置环PI运算模块、速度环PI运算模块、电流内环PI运算模块以及适用于多相伺服电机的空间矢量脉宽调制模块计算得到调制后的空间矢量脉冲，并将该空间矢量脉冲输出至驱动电路。

优选地，步骤1中，所述驱动电路为适用于多相伺服电机的电压源型多相驱动模块。

优选地，步骤1中，所述电流采样单元基于可同时采样多通道的采样芯片实现。

优选地，步骤1中，旋转编码器经由旋转编码器解码电路与FPGA相连；LVDT位移检测装置与LVDT解码电路相连，LVDT解码电路经由AD单元二与FPGA相连；电流采样单元经由AD单元一与FPGA相连。