基于FPGA的直流電機伺服控制系統設計與實現

常怡萍, 劉 琴, 楊 蕾

(中原工學院 電子信息學院 河南 鄭州 450007)

基于FPGA的直流電機伺服控制系統設計與實現

常怡萍, 劉 琴, 楊 蕾

(中原工學院 電子信息學院 河南 鄭州 450007)

為了滿足直流電機伺服控制系統實時控制的要求，提高電機跟蹤控制的精度，設計了基于單片FPGA的直流電機伺服控制系統.該控制系統采用Nios II內核實現位置環和速度環控制策略，系統的電流環通過并行硬件電路實現.為了減小電機的力矩波動，設計了基于Anti-Windup策略的PI速度控制器；為了減小系統的超調量和調節時間，位置環采用了超前滯后校正器.仿真和實驗結果表明，設計的伺服控制系統具有較好的穩態精度和動態性能，滿足系統的設計要求.

FPGA; Anti-Windup; Biss; 伺服控制

0 引言

直流電機以其優異的性能在航空航天、數控機床、汽車電子等領域得到了廣泛的應用.傳統的直流電機伺服控制系統通常采用基于DSP和FPGA架構的控制器，此類控制器電路結構復雜、靈活性較差，不利于系統的升級和維護.為了簡化外圍硬件電路設計，近年來基于單片FPGA的伺服控制器成為研究的熱點，并且在工業控制領域得到了成功的應用[1-3].文獻[4]采用FPGA完成了基于Anti-Windup策略的永磁同步電機速度控制，實現了永磁同步力矩電機轉速的快速無超調控制；文獻[5]在FPGA中實現了感應電機的神經網絡控制，實現了感應電機的集成伺服控制；文獻[6]通過硬件語言在FPGA中完成了永磁同步直線電機的自適應模糊控制[6].上述控制算法的實現均……