模型设计论文提纲

论文题目：基于FPGA模型设计的永磁同步电机控制系统实现

摘要：伴随着现场可编程器件的基础架构以及工艺的进步,FPGA芯片的容量以及性能有着巨大的提升。如今很多项目开发直接以FPGA作为核心控制单元,FPGA芯片在电机控制系统中的应用提高了系统动态响应与实时性,从而改善电机控制效果,而采用基于模型设计技术则提供了从算法需求设计到目标代码生成的全流程,提高了FPGA工程的开发效率。因此采用基于模型设计技术实现FPGA的电机控制系统,兼具了二者优势,对于电机控制系统的开发具有实用价值和深远意义。本文在分析总结电机的控制系统发展以及基于模型设计技术和与FPGA开发之间的技术关联后,以永磁同步电机的矢量控制系统为研究对象,在分析了永磁同步电机数学模型、矢量控制理论以及SVPWM算法后,尝试在Simulink中利用支持FPGA代码生成HDL Coder库对整个控制系统中涉及的坐标变换、速度电流调节器、SVPWM算法以及电机和驱动桥进行建模。针对三角载波模块和死区模块进行重新设计,使其符合FPGA代码生成要求,并进行仿真分析验证建模的正确性。然后利用定点化工具对系统模型中数据进行定点化处理以及数据位宽的动态约束,使其符合代码生成要求,配置代码生成的环境自动生成FPGA代码,在Model Sim中利用生成的测试激励文件对代码进行编译仿真,验证代码运行结果与Simulink系统仿真结果的一致性。另外本文对在控制系统回路中硬件部分进行设计,并完成信号采集电路中的程序设计,然后在Quartus软件中完成整个控制系统的代码集成。通过搭建永磁同步电机系统实验平台,对控制系统进行调试与实验数据分析,结果表明控制系统具有良好的动态响应和控制性能,从而验证了基于模型设计开发的FPGA永磁同步电机系统的可行性,对复杂控制系统在FPGA上的实现具有重大指导意义。

关键词：FPGA;基于模型设计;代码自动生成;定点化

学科专业：机械工程（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 电机控制系统的发展现状

1.4 基于模型设计技术

1.4.1 基于模型设计的流程

1.4.2 基于模型设计和FPGA联合开发简介

1.5 本文主要内容

第二章 永磁同步电机的矢量控制原理

2.1 永磁同步电机的数学模型

2.2 永磁同步电机的矢量控制

2.2.1 矢量控制技术

2.2.2 矢量控制中坐标变换

2.2.3 空间矢量脉宽调制技术

2.2.4 控制策略选择

2.3 本章小结

第三章 控制系统HDL Coder建模与仿真

3.1 Park变换建模

3.2 Clark变换建模

3.3 SVPWM算法建模

3.3.1 测试信号模块

3.3.2 扇区判断模块

3.3.3 基本矢量电压作用时间模块

3.3.4 扇区内矢量电压切换时间模块

3.3.5 PWM波生成模块

3.4 矢量控制系统仿真

3.5 本章小结

第四章 矢量控制系统FPGA代码生成

4.1 控制系统数据的定点化处理

4.1.1 Park逆变换定点化

4.1.2 SVPWM定点化

4.2 FPGA代码生成

4.2.1 环境设置

4.2.2 代码的生成

4.3 Model Sim仿真验证

4.4 本章小结

第五章 控制系统的硬件设计

5.1 IPM驱动电路

5.2 电流采样电路

5.3 ADC转换芯片

5.4 位置检测电路

5.5 FPGA硬件系统

第六章 实验与分析

6.1 实验平台介绍

6.2 实验结果分析

6.2.1 编码器信号检测

6.2.2 PWM波检测

6.2.3 电机转速检测

6.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢