基于ZYNQ的永磁同步电机模糊PI控制系统设计与实现

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunshu
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本文针对永磁同步电机(PMSM)采用传统矢量控制方法存在转矩脉动较大,超调量大等缺点。首先采用将模糊控制和传统比例积分调节器(PI)结合起来的方式;同时针对数字信号处理器(DSP)、微处理器(ARM)处理速度较慢,准确性不足等缺点,本文选用可扩展处理平台(ZYNQ)作为主控器,该控制器具备兼顾ARM和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的优势,使控制系统速度更快和稳定性更强。从而对PMSM进行基于ZYNQ的模糊PI矢量控制系统设计实验。本文首先根据传统矢量控制基本原理及其数学模型,在Matlab/Simulink环境下搭建了传统矢量控制电机模型进行了仿真分析,结果表明电机的转速超调量以及动态降落都比较大,且从i_q电流反映出的电机转矩脉动都比较大,三相电流不平滑的缺陷,针对此问题,文章首先介绍了模糊控制的基本原理,分析了模糊控制的优缺点,将模糊控制和传统PI结合,在Matlab/Simulink环境下,搭建模糊PI矢量控制仿真模型,由仿真结果得,电机在低速、中速以及高速下,转速超调量与传统PI相比降低了80%;且动态降落减小了98%;并且电机转矩脉动得到明显的抑制。本文最后将基于ZYNQ主控制器与自主设计的功率驱动板搭配,搭建永磁同步电机控制实验平台。完成对ZYNQ的处理系统(PS)端的控制程序的设计,和可编程逻辑(PL)端的核心算法的实现。最后对永磁同步电机在稳态进行实验,且在动态下进行模糊PI和传统PI矢量控制系统的对比实验。由稳态实验结果可得,不论电机处于低速、中速以及高速,其电流波形都比较平滑,转矩脉动被有效抑制;由动态实验可知,模糊PI控制下,其超调量仅仅是额定转速的1%;电机加速过程中,电机达到目标转速只需要10ms,并且电流过流在额定电流的两倍之内,有效的保护了电力电子器件;在电机加速的初级阶段,模糊PI控制下电机能准确检测转子位置;实验表明ZYNQ的PL端并行性优势,提高了核心算法的计算速度,对控制系统运行高效性和精准性起促进作用。
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