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运动控制技术是数控机床、机器人等的重要组成部分,永磁交流伺服系统由于其优异的特性而在现代运动控制系统中得到了广泛的应用。随着数字信号处理器(DSP)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)性能的不断提高,运动控制系统的控制功能正在不断分散到控制系统的底层。运动控制技术正向着分布式、网络化发展。本文以永磁交流伺服电机为控制对象的多轴分布式交流控制系统为研究对象,着重研究了其控制原理、功率驱动及接口技术等问题。 本文的主要内容及工作如下: 1.基于DSP和FPGA技术,提出了一种分布式多轴交流伺服运动控制系统。系统将运动控制器和驱动器集成于一体,分别由一块处理器板和三块驱动板实现,可以实现一个运动控制器和6个驱动器的功能。电机功率接口部分是本文的研究重点。 2.设计了分布式多轴运动控制系统的驱动板,实现了电机控制接口和常用模拟数字信号接口。在分析系统驱动部分的接口要求的基础上,设计了控制系统的驱动板。该驱动板以现场可编程逻辑门阵列为DSP与编码器、脉冲命令和功率模块等电路之间的接口,以最新的智能功率模块(IPM)作为功率输出驱动芯片。系统中大量采用了最新的集成电路芯片,从而电路大大简化,提高了系统可靠性和性能。 3.提出了一种基于DSP软件FPGA硬件组合的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。由于本系统为多轴系统,传统的SVPWM实现方法不能应用于本系统中。本系统采用DSP软件计算脉宽、以FPGA为PWM的发生器来实现SVPWM,充分利用了系统的软硬件资源,简化了系统结构。 4.设计了新型数字化电流检测系统的FPGA接口。本系统采用了近年出现的高压集成电路(HVIC)构成电流测量电路。基于FPGA技术,设计了电流传感器与DSP的数字化接口。仿真结果表明FPGA设计是正确可靠的。 5.设计了基于矢量控制的永磁交流电机控制算法。矢量控制算法是永磁交流电机中实时性要求最高的部分,因而该算法采用汇编实现。讨论了数据的定点格式表示,实现了正CLARK、正PARK变换和反PARK变换以及两个比例积分摘要 控制回路。仿真测试表明控制计算精度可满足要求。6.对新设计的系统进行了初步测试。实验控制对象为三洋电机的交流永磁伺服 电机,主要对新系统的控制精度和速度进行了初步测试。给出了实验结果, 并对实验结果进行了分析。实验证明了系统运行平稳,具有较高的位置跟踪 精度、较快的响应速度。关键词:交流伺服系统永磁同步电动机数字信号处理器现场可编程门阵列空间矢量脉宽调制智能功率模块