基于zynq的永磁同步电机伺服驱动系统设计
作为交流伺服驱动系统的典型执行元件，永磁同步电机拥有许多其他电机所没有的优势，比如体积小、结构简单可靠、控制性能好，因此在各个领域都得到了广泛应用，高性能的永磁同步电机伺服驱动系统也随之成为研究热点。目前，伺服驱动器有以单芯片MCU、DSP作为控制核心，或以ARM+FPGA、DSP+FPGA作为核心的多芯片方案，后者结合了FPGA配置灵活、并行执行、实时性高以及微处理器驱动丰富、开发难度低的优点，在伺服系统开发中具有优势，而近年来出现了高度集成的单芯异构zynqSoC芯片更加能够发挥多芯片方案的优势。另外，市面上的高性能驱动器大多算法封闭，内置算法对于实验室的刚柔耦合平台来说无法获得完美的控制性能。因此，研究基于zynq的自主可控的高性能伺服驱动系统具有重要意义。 本文首先从永磁同步电机的数学模型出发，分析了其在经典三相静止坐标系以及两相旋转坐标系下的表达形式，指出其在两相旋转坐标系下的解耦特性，确定了id=0的控制策略；然后详细介绍了矢量控制原理及SVPWM调制原理，推导其具体的实现方法及流程，并在Matlab/Simulink环境下对矢量控制方法涉及的坐标变换、SVPWM调制进行了独立建模，结合模型库中自带的三相逆变桥和永磁同步电机模型，模拟现实系统，在离散环境下进行仿真验证；基于自抗扰控制原理，对永磁同步电机设计位置控制的线性自抗扰控制器，并结合搭建的矢量控制模型进行了仿真实验。 其次，以搭建的仿真模型为指导，在zynq平台上设计实现了完整的伺服驱动控制系统，在PL端设计实现了坐标变换、SVPWM调制、电流PI控制器、编码器接口、ADC接口等功能模块，在PS端设计实现了系统与上位机的数据传输、线性自抗扰控制算法等功能模块，并采用AXI总线协议在PL端设计了核间通信接口。 最后，以控制器为核心搭建了永磁同步电机伺服驱动实验平台，对驱动系统进行了电流环、基于P-PI控制器的速度环位置环和线性自抗扰控制实验，实验表明驱动系统具有良好的动态响应和稳态性能，其中线性自抗扰控制算法与P-PI控制相比具有更好的稳态性能和鲁棒性，验证了基于zynq开发的永磁同步电机伺服驱动系统的可行性，并具有一定的指导意义。
永磁同步电机;线性自抗扰控制器;SVPWM调制;AXI总线协议
广东工业大学
硕士
机械工程
杨志军
2021
中文
TM351;TM341
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）