论文摘要
电机是工业控制领域和日常生活中主要的动力设备。随着国民经济的发展,人们生活水平的日益提高,工业生产自动化水平的进一步加强,各个领域对控制系统的控制精度有了更高的要求,这就需要高性能的电机驱动器。随着微电子技术的发展,数字化控制越来越受到广大研究人员的重视,但是目前还没有针对电机控制的IP核,这在很大程度上增加了驱动器的开发难度,延长了开发周期,降低了系统的稳定性。本课题针对这种情况,深入研究了电机控制的关键基础算法和控制技术,设计了面向电机控制IP核。论文首先对电机控制的关键控制算法和控制技术进行了深入的研究,开发了面向电机控制的可复用IP核。针对电机矢量控制引入了CORDIC（Coordinate Rotation Digital Computer,坐标旋转数字式计算机）算法,开发了用于矢量控制的CORDIC IP核。根据PWM和数字PID控制技术,开发了适用于电机控制的PWM IP核和数字PID IP核。针对电机控制中常用的SPWM、SVPWM等变频控制引入DDS（Direct Digital Synthesizer,直接数字频率合成器）技术,开发了用于变频控制的DDS IP核。其次,针对各个IP核编写了软件测试平台,采用Mentor Graphics公司的仿真验证工具ModelSim对各个IP核进行了功能仿真和时序仿真。功能仿真验证了IP核逻辑功能的正确性。时序仿真验证了IP核存在时间延时后的有效性,进一步分析验证IP核。根据IP核功能仿真和时序仿真结果对IP核进行了优化与调整。然后,以Xilinx公司的Spartan-3系列的FPGA为核心,设计了针对IP核的硬件测试平台。最后,在硬件平台上,用设计的IP核构建了一个电流正弦PWM电机驱动器。在这个系统中将IP核下载到FPGA芯片内,通过实际系统对IP核性能进行了验证,实验表明整个系统能稳定运行,IP核实现了设计功能,且具有良好的复用性和健壮性。