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基于FPGA的十五相PMSM矢量控制系统的研究
| 论文题名： | 基于FPGA的十五相PMSM矢量控制系统的研究 |
| 关键词： | FPGA;十五相PMSM;多绕组;CAN总线;并联驱动 |
| 摘要： | 本课题以用于电力舰船驱动的十五相永磁同步电动机(PMSM)系统的研制为工程背景，研究了基于FPGA的2MW十五相PMSM的全数字矢量控制方法。多相电机控制系统具有很高的可靠性，可容错运行，适用于低压大功率驱动场合。舰船电力推进作为一种先进的推进方式，已引起国际上的广泛关注，其中推进电机控制系统是其核心技术之一。因此，论文研究成果对我国现代舰船电力推进系统的发展以及国防综合实力的增强具有重要的理论意义和实用价值。论文首先详细分析了当前多相电机的研究现状与热点，在对比现有多相电机驱动控制系统优缺点的基础上，提出了一种新颖的五单元并联驱动十五相电机控制方案。论文提出的十五相永磁同步电动机的定子绕组由五套独立三相星形绕组构成，每套绕组独占磁极，五套绕组在空间上均匀相间分布，这种设计方法可以实现各绕组之间的自然解耦，则十五相PMSM可等效为五台三相单元电机并联组成。推导并分析了多套绕组空间任意分布的PMSM数学模型。设计了五台三相驱动单元并联驱动十五相永磁同步电动机的控制系统，在Simulink中对所提出的控制系统进行了仿真。仿真结果表明，各驱动单元能够平均分担负载，驱动单元故障退出时仍可降载容错运行。其次，编写了全数字驱动控制系统中的一些关键算法，并给出了在FPGA中的硬件逻辑电路图，为全数字驱动控制单元的设计提供了理论指导。使用Verilog-HDL硬件描述语言开发了乘法器、除法器、CORDIC函数解算器、SVPWM调制器、PID调节器、Sinc3滤波器等基础算法的IP软核，利用ISE 9.1集成开发环境进行综合、布局、布线后，在Xilinx XC3S400型号的FPGA中实现了采用转子磁场定向控制策略的单元PMSM双闭环驱动控制器。设计了具有高功率密度、高集成度、高可靠性的11kW三相驱动单元样机，实验结果表明驱动单元具有很好的动静态性能。再次，为实现驱动单元并联运行，设计了基于MCP2515的高性能CAN节点，在FPGA中采用微程序的方法设计了CAN通信管理模块。五台驱动单元构成局域CAN网络，由主控驱动单元进行速度闭环的计算，通过CAN总线发送电流指令，每台驱动单元进行电流闭环的计算，实现了十五相PMSM的双闭环控制系统。最后，对基于CAN总线的五单元并联驱动系统进行了联机调试，结果表明各驱动单元可以协调工作，均衡分担负载。对一台及多台驱动单元发生故障退出运行的情况进行了实验，结果表明系统具有很强的抗扰性和容错性。 |
| 作者： | 赵品志 |
| 专业： | 电机与电器 |
| 导师： | 李铁才 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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