如何讓網(wǎng)站被百度快速收錄,漢語國際網(wǎng)站建設(shè),楊青個(gè)人博客wordpress,家裝博覽會(huì)基于FPGA的FOC電流環(huán)實(shí)現(xiàn) 1.僅包含基本的電流環(huán) 2.采用verilog語言編寫 3.電流環(huán)PI控制器 4.采用SVPWM算法 5.均通過處理轉(zhuǎn)為整數(shù)運(yùn)算 6.采用ADC采樣#xff0c;型號(hào)為AD7928#xff0c;反饋為AS5600 7.采用串口通信 8.代碼層次結(jié)構(gòu)清晰#xff0c;可讀性強(qiáng) 9.代碼與實(shí)際硬件…基于FPGA的FOC電流環(huán)實(shí)現(xiàn) 1.僅包含基本的電流環(huán) 2.采用verilog語言編寫 3.電流環(huán)PI控制器 4.采用SVPWM算法 5.均通過處理轉(zhuǎn)為整數(shù)運(yùn)算 6.采用ADC采樣型號(hào)為AD7928反饋為AS5600 7.采用串口通信 8.代碼層次結(jié)構(gòu)清晰可讀性強(qiáng) 9.代碼與實(shí)際硬件相結(jié)合便于理解 10.包含對(duì)應(yīng)的simulink模型結(jié)合模型和rtl圖更容易理解代碼 11.代碼可以運(yùn)行 12.適用于采用foc控制的bldc和pmsm 13.此為源碼和simulink模型的售價(jià)不包含硬件的圖紙 A1 不是用Matlab等工具自動(dòng)生成的代碼而是基于verilog手動(dòng)編寫的 A2 二電平的Svpwm算法 A3 僅包含電流閉環(huán) A4 單采樣單更新中斷頻率/計(jì)算頻率可以基于自己所移植的硬件重新設(shè)置本文深入剖析一個(gè)基于FPGA實(shí)現(xiàn)的磁場(chǎng)定向控制Field-Oriented Control, FOC系統(tǒng)重點(diǎn)聚焦于其核心組成部分——電流環(huán)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。該設(shè)計(jì)采用Verilog硬件描述語言編寫充分利用FPGA的并行處理能力實(shí)現(xiàn)了高實(shí)時(shí)性、高確定性的電機(jī)電流閉環(huán)控制。系統(tǒng)集成了Clark變換、Park變換、PI控制器、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換以及空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM等關(guān)鍵模塊并包含了與外部傳感器磁編碼器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的接口邏輯構(gòu)成一個(gè)完整的嵌入式電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案。系統(tǒng)架構(gòu)與工作流程整個(gè)FOC系統(tǒng)以foc_top模塊為核心它協(xié)調(diào)所有子模塊的工作形成一個(gè)閉環(huán)控制流。系統(tǒng)的工作流程如下初始化階段上電復(fù)位后系統(tǒng)首先進(jìn)入初始化狀態(tài)。在此階段控制器強(qiáng)制輸出一個(gè)幅值最大、角度為0的電壓矢量迫使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至電角度為0的基準(zhǔn)位置。經(jīng)過預(yù)設(shè)的初始化周期由INITCYCLES參數(shù)決定后系統(tǒng)讀取并鎖存此時(shí)的角度傳感器值作為初始機(jī)械角度偏移量initphi為后續(xù)精確的電角度計(jì)算奠定基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集階段初始化完成后系統(tǒng)進(jìn)入正常FOC控制循環(huán)。svpwm模塊產(chǎn)生的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相逆變橋。當(dāng)三相下橋臂同時(shí)導(dǎo)通時(shí)holddetect模塊會(huì)檢測(cè)到這一狀態(tài)并根據(jù)SAMPLEDELAY參數(shù)延時(shí)一段可配置的時(shí)間以等待電流穩(wěn)定然后發(fā)出一個(gè)采樣使能脈沖sn_adc。信號(hào)處理與坐標(biāo)變換外部ADC如AD7928在接收到snadc脈沖后對(duì)三相電流進(jìn)行采樣并將結(jié)果通過SPI接口傳回FPGA。foctop模塊首先根據(jù)基爾霍夫電流定律KCL從ADC原始值中計(jì)算出真實(shí)的三相電流ia,ib,ic。隨后clarktr模塊執(zhí)行Clark變換將三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC下的電流轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系αβ下的電流ialpha,ibeta。接著parktr模塊利用從磁編碼器如AS5600讀取的機(jī)械角度phi結(jié)合電機(jī)的極對(duì)數(shù)POLE_PAIR和初始偏移量計(jì)算出當(dāng)前電角度psi并據(jù)此執(zhí)行Park變換將αβ坐標(biāo)系下的電流最終轉(zhuǎn)換到與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系下得到直軸電流id和交軸電流iq。閉環(huán)控制與反變換在dq坐標(biāo)系中電流控制變得解耦且簡(jiǎn)單。兩個(gè)獨(dú)立的picontroller模塊分別對(duì)id和iq進(jìn)行PI控制。用戶設(shè)定的目標(biāo)電流idaim通常為0以實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩和iqaim控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩與實(shí)際反饋值進(jìn)行比較PI控制器計(jì)算出所需的直軸電壓vd和交軸電壓vq。隨后cartesian2polar模塊將直角坐標(biāo)系下的電壓矢量vd,vq轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系下的幅值vrrho和角度vr_theta。SVPWM生成與驅(qū)動(dòng)最后系統(tǒng)執(zhí)行反Park變換將轉(zhuǎn)子極坐標(biāo)系下的電壓矢量轉(zhuǎn)換回定子極坐標(biāo)系得到最終用于驅(qū)動(dòng)的電壓矢量vsrho,vstheta。svpwm模塊接收這兩個(gè)參數(shù)生成高頻率由系統(tǒng)時(shí)鐘頻率決定例如36.864MHz時(shí)鐘可產(chǎn)生18kHz的PWM的三相PWM信號(hào)pwma,pwmb,pwmc和使能信號(hào)pwmen完成對(duì)電機(jī)的精確控制。關(guān)鍵技術(shù)亮點(diǎn)高精度三角函數(shù)與坐標(biāo)變換系統(tǒng)中的sincos模塊采用查找表LUT結(jié)合象限判斷的方式高效地計(jì)算任意角度的正弦和余弦值為Park變換提供了關(guān)鍵的三角函數(shù)支持。cartesian2polar模塊則巧妙地結(jié)合了CORDIC算法的思想和LUT實(shí)現(xiàn)了從直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)的快速轉(zhuǎn)換這對(duì)于SVPWM的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。靈活的SVPWM實(shí)現(xiàn)svpwm模塊實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典的7段式SVPWM算法。其設(shè)計(jì)精巧通過內(nèi)部狀態(tài)機(jī)和流水線操作在單個(gè)PWM周期內(nèi)完成所有計(jì)算確保了PWM波形的精確性和實(shí)時(shí)性。MAX_AMP參數(shù)允許用戶限制SVPWM的最大輸出幅值這在使用下橋臂電阻進(jìn)行電流采樣時(shí)尤為重要可以保證足夠的采樣窗口。完整的外設(shè)接口該設(shè)計(jì)不僅包含了核心的FOC算法還集成了與關(guān)鍵外設(shè)通信的完整邏輯。as5600read和i2cregisterread模塊實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的I2C主機(jī)控制器用于讀取磁編碼器的角度數(shù)據(jù)。adcad7928模塊則實(shí)現(xiàn)了SPI主機(jī)控制器用于驅(qū)動(dòng)多通道ADC芯片。這種一體化的設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成的復(fù)雜度。實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)試頂層模塊top中集成了一個(gè)UART監(jiān)控器uart_monitor它可以周期性地將id,iq及其目標(biāo)值通過串口發(fā)送出去。這為開發(fā)者在調(diào)試和性能分析時(shí)提供了寶貴的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流便于觀察電流環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制效果?？偨Y(jié)該FPGA-based FOC電流環(huán)實(shí)現(xiàn)是一個(gè)高度集成、結(jié)構(gòu)清晰且性能優(yōu)異的嵌入式控制方案。它將復(fù)雜的電機(jī)控制算法高效地映射到硬件邏輯中充分發(fā)揮了FPGA在并行計(jì)算和確定性時(shí)序方面的優(yōu)勢(shì)。其模塊化的設(shè)計(jì)使得各個(gè)功能單元清晰獨(dú)立便于理解、維護(hù)和二次開發(fā)。無論是用于學(xué)術(shù)研究還是工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)這套代碼都提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。