基于FPGA的永磁电机控制系统的研究_图文

1、浙江大学电气工程学院硕士学位论文基于FPGA的永磁电机控制系统的研究姓名：黄晓冬申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：史涔溦;邱建琪20100101浙江大学硕十学位论文基于的永磁电机控制系统的研究摘要随着经济的发展，科学技术的进步，永磁电机的研发和控制技术都有了快速的发展。永磁电机的发展也带来了永磁电机控制器的发展，电机控制器已经由传统的模拟元件控制器，逐渐转向数模混合控制器、全数字控制器。基于现场可编程门阵列（一一舯盯）的新一代数字电机控制技术得到越来越多的关注。现在的不仅实现了软件需求和硬件设计的完美集合，还实现了高速与灵活性的完美结合，使其已超越了器件的性能和规模。在工业控制领域，

2、虽然起步较晚，但是发展势头迅猛。本文在介绍了传统无刷直流电机控制技术的基础上，分析了采用实现电机控制的优点。详细介绍了使用硬件编程语言，在中编程实现永磁无刷直流电机速度闭环控制的各个关键环节，如：调节器、数字等等。在实现永磁无刷直流电机速度闭环控制的同时，将速度检测环节采用实现，减小了系统硬件开销。在实现单台永磁无刷直流电机速度闭环控制的基础上，本文在一片芯片上实现了多台永磁无刷直流电机的速度闭环独立控制系统。介绍了采用进行多台电机控制具有独特的优势，这些优势使得在实现多台电机控制时非常方便，具有单片机（）和数字信号处理器（）无法比拟的优点。文中对基于的单台和多台永磁无刷直流电机控制系统分别进

3、行了实验验证。编程灵活，设计方便，本文在中实现了各种不同的调制方式。从电路方面详细分析了采用不同的调制，换相时无刷直流电机母线的反向电流问题。借助平台，对各种调制方式进行了实验，对理论分析进行了验证。另外，本文介绍了目前非常流行的一种图形化设计方法，即基于（）【）的设计。这种设计方法具有图形化、模块化的优点，大大方便了用户的开发设计。在中建立的仿真系统，区别于传统的仿真，可以直接生成相应的硬件编程语言代码下载到中运行。本文借助软件设计在（中实现了永磁同步电机矢量控制系统的混合建模算法，并进行了仿真。关键词：永磁电机、控制、多台电机、矢量控制浙江大学硕士学位论文基于的水磁屯机控制系统的研究圬锄鲈

4、髓既舀仃的印仃舯如鲥锄莎彻（）孤，删，锄吼肌啪锄锄疗，踟觚锄仃（）嘶（黟），（），仃仃嬲啪肌、砸仃“锄酉嘶仃仃【确脓锄吼珊】、阮，锄：印嘶矗甜们髓印，¨盟姐蓼砷砌谢趴，锄呐翌旧锄【），】浙江大学硕士学位论文基于的永磁电机控制系统的研究锄饷，锄印舡锨咄砌：锄删；仃；浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得迸姿盘鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢

5、意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书浙婆盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盘姿盘堂本学位论文作者完全了解可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月浙江大学硕士学位论文基于的永磁电机控制系统的研究致谢转眼硕士阶段即将结束，在本论文完成之际，我心中感概颇多。首先我要感谢我的导师邱建琪副教授，向邱老师致以衷心的感谢和崇高的敬意。在硕士期间，邱老师对我谆谆教

6、诲，关怀备至。从硕士阶段开始时研究方向的制定，到硕士期间每一次的实验、讨论，再到毕业时论文撰写、修改、定稿，邱老师都给我很大的帮助。在做实验时，邱老师常常亲自给我示范，每当我遇到问题都耐心仔细解答，使我受益匪浅。邱老师不仅教会我严谨求实的做学问的态度，更教会我认真做人的道理。在生活上，每当我感到困惑时，与邱老师的谈话都会令我重新振作起来，继续向前。很庆幸能跟随邱老师度过我的硕士生涯，再次感谢老师！我还要感谢沈建新教授，史涔激副教授，张爱国老师，金孟加老师，这些老师在我的生活和学习中给了我很大的帮助，在我进行科研的过程中给了我很多有益的建议。硕士期间，实验室的王凯博士、汪昱、王利利、方宗喜、李杭

7、新、王灿飞、刘嘉明、瞿亮、郝鹤、夏冰、林天散、吴俊、呼明亮等等，这些同学在生活中带给我很多欢乐，在学习中也给我帮助很多，同样要感谢他们。我还要感谢级电机硕士班全体同学，感谢这些同学平时给我的帮助与关心。硕士期间与他们建立起来的友谊我会铭记在心。我要感谢我的父母，感谢他们这么些年来默默辛苦的为我付出，感谢他们养育了我、培养了我。没有他们辛勤的付出，就没有我的今天。愿他们身体健康！感谢我的亲人和女友，感谢他们的关心和付出，是他们支持我鼓励我，让我能全身心的投入到学习中去，顺利完成硕士阶段的学习。衷心的感谢年月于西子湖畔浙大求是园浙江大学硕士学位论文基于的水磁电机控制系统的研究第一章绪论永磁电机的发

8、展【】【】电机是进行机械能和电能相互转换的电磁装置，在工业生产和人们生活中发挥着重要的作用。随着经济的发展，科学技术的进步，人们对于电机性能的要求越来越高。永磁材料的研发以及电力电子器件技术的进步，使得永磁电机的研发和控制都有了快速的发展与传统电励磁电机相比，永磁电机具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。在一些场合，传统的电励磁电机已经被永磁电机取代。目前永磁电机的功率等级很多，可以满足各个行业的发展要求，应用越来越广泛。永磁电机一般可以分为永磁有刷直流电机和永磁无刷电机两种类型。永磁无刷电机根据电机反电动势波形和供电电流波形的不同可以

9、分为方波形永磁无刷直流电机（）和正弦波形永磁同步电机（）两大类。本文在后面的研究中涉及到的永磁电机也主要是针对这两大类。永磁电机的发展是与永磁材料的发展密切相关的，我国在古代就发现永磁材料的磁性特征，制造出对后来的航海业的发展起到重大推动作用的指南针。世纪年代科学家制造出世界上第一台电机，这台电机就是由天然磁铁矿石产生励磁磁场的永磁电机。不过天然磁铁矿石材料制造的电机，磁能密度很低，造成电机的体积非常庞大，不久就被电励磁的电机所取代。随着新的电流冲磁器的发明，永磁材料的磁能密度得到了大大提高。最初的碳钢、钨钢最大磁能积约为，现在第三代稀土材料的永磁体一一钕铁硼，在实验室中最大磁能积已经达到了。

10、伴随着稀土永磁材料的发展，稀土永磁电机也相应可以分为三个阶段。世纪年代后期到年代，由于稀土材料价格昂贵，永磁电机主要应用于航空航天领域年代，钕铁硼材料出现，永磁电机开始应用于工业和一些民用领域。年代以来，钕铁硼材料的特性进一步得到提高，电力电子器件的发展也非常迅速，永磁电机开发的经验也越来越丰富。永磁电机的发展又揭开了新的篇章。一方面，大功率、高功能电机不断出现；另一方面，研究永磁电机设计及控制的文献不断出现，形成了永磁电机分析设计的一整套计算机辅助软件。我国拥有丰富的稀土资源，世界上目前探明的稀土资源工业储量为万浙江大学硕士学位论文基于的永磁电机控制系统的研究吨，中国为万吨，占，其次分别为前

11、苏联、美国、澳大利亚等国家。发展永磁电机，我国具有重要的优势。在永磁电机控制系统中的应用电力电子器件的发展【】【】【】电力电子器件是电机控制中重要的元件。自从年美国通用公司发明世界上第一个普通晶闸管开始，电能的变换和控制就进入了从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由半导体器件构成的变流器时代。半导体器件发展非常迅速，世纪年代产生了大功率二极管，年代出现晶闸管，年代出现称之为第二代的自关断器件，如门极可关断晶闸管（）、功率场效应管（）等，年代出现了以绝缘栅双极型晶体管为代表的半导体器件，年代后期功率半导体器件开始模块化、集成化。这些电力电子器件一经发明，便很快的被应用到工业控制中，大大促进了电

12、机控制技术的发展。在永磁电机控制系统中应用的发展自从第一台电机发明以来，电机控制理论就不断得到发展。现代电机控制一方面要求实现电机低成本运行，另一方面又要求电机在各种恶劣条件下可靠性运行。如何降低电机控制器成本同时又实现电机可靠稳定运行，一直是科学家们关注的焦点【】【】。永磁电机的控制器最早是由模拟器件搭建而成，这种控制器设计复杂，器件繁多，适应性不强。随着单片机（）出现，数字控制技术发展，被大量应用于电机控制，基于的永磁电机控制技术也得到了很大的发展。但是由于单片机本身资源和计算速度的限制，一些高性能的电机控制算法，如矢量控制等，都不能很好的实现，制约了永磁电机的应用数字信号处理器（）是基于

13、哈佛结构，数据处理速度大大提高，资源也较单片机有了很大提高，在算法实现方面较单片机具有明显的优势，越来越多的用户开始使用代替单片机完成电机控制。基于的专用电机控制电路也取得了很大的发展。随着电子技术的发展，一些领域需要电机与外界进行通讯，还有一些领域需要多台电机协同控制，这时又不能满足电机控制的要求近年来，基于现场可编程门阵列（一一留）的电机控制得到越来越多的关注。是在以前的可编程逻辑器件的基础上发展出来的，属于可编程逻辑器件的一种，在世纪年代获得突飞猛进的发展，目前已经成为实现数字系统的主流平台之一【】【】。年）【公司制造出全球第一款芯片，在业内产生重要影响。现在其开发的产品从低端到高端都有

14、，满足了不同客户需求，在整个市场中占到了约的份额。另一家大的生产厂商是公司灿公司也生产出一系列自己的产品。这些公司生产的高端涵盖了实时化数字信号处理技术、高速数据收发器、复杂计算及嵌入式系统设计技术的全部内容。现在的不仅实现了软件需求和硬件设计的完美集合，还实现了高速与灵活性的完美结合，使其超越了器件的性能和规模，也超越了传统意义上的的概念【】已经广泛的应用在通信领域，尤其在高速通信领域。在工业控制领域，虽然起步较晚，但是发展势头迅猛【。基于的电机控制技术在国外已经有很多人在研究，相关的文献也很多。一些学者不仅在中实现了一些简单的电机控制算法，如：算法等，还基于开发出一些智能算法，研究出基于电

15、机控制的智能核【】【】【】【。这些讲核可以在不同的系统中方便的移植，大大缩短了设计周期。国内对于电机控制器的研究起步较晚，但是发展也很快。如基于的步进电机、交流伺服电机、无刷直流电机控制器都有研究机构进行了很好的研究【】【】【刀【】【】在永磁电机控制系统中应用的优点基于的电机控制器与传统控制器相比具有以下优点：（）设计周期短，可移植性好。基于的设计一般采用自上而下的设计方法，各个模块可以独立设计。编好的程序可以在软件中仿真，也可以直接在平台中在线仿真。支持现场可编程，一旦发现问题可以及时修改，产品的设计周期减短。现代技术发展迅速，各大生产厂商都推出了各自的设计套件，如：）（）【的，的等。这些设

16、计软件都是使用通用的硬件编程语言，可移植性强，在不同的平台上设计出来的程序可以直接移植。（）控制器接口灵活。很大的优势就是可编程，每个口都可以根据用户自己的意愿设计。而现在无论是还是单片机，其用户可以自由支配的端口数目都有限。一些功能只能由特定端口实现，如在电机控制中波形产生端口，这些在出厂时已经由生产厂商设定了，用户不能自由的增加或是删减。在多台电机协同工作时，需要控制器提供很多端口，一般的单片就可以满足用户需求，而如果使用单片机或是，则需要两块或是更多块。（）计算速度更快。在单片机或是中，整个程序需要从头到尾依次执行，每句执行时都会耗费一定的计算时间，这样如果程序语句很多，就会消耗很多的时

17、间。单独的提高或是单片机的时钟频率又会带来电磁干扰等问题。在高速电机控制器设计时，一些已经难以满足要求。的编程语言是硬件语言，经过编程软件综合映射，下载到中，就会直接用硬件电路去实现程序。在实际的程序里各个模块可以按照设计者设定同时并列运行，不存在编程语言顺序执行的问题，能节省很多的时间。另外，的编程语言都是硬件实现，在一定程度上也提高了系统的可靠性。在一些环境恶劣的地方，比等软件实现的方法更有优势。（）易于实现电机控制专用数字芯片。设计是可编程的灵活的数字设计。不同于其他的硬件电路，设计可以反复在线调试，工程师可以根据实验情况及时修改程序，不必改变外围电路，直到设计达到目标要求。在中设计的电

18、机控制器，经过验证可以直接生产出对应的数字控制芯片，可以大大缩短专用电机控制芯片设计时间和开发成本。现代高端的中不仅集成了，更有一些集成了内核，时钟频率可以做到几个。这些硬件内核的出现大大增强了数字信号处理和算法实现的能力，在很多领域已经开始取代。生产厂商也会免费提供一些核，这些核可以实现特定的功能，如、除法、数字滤波等等。核都是由专业人员编制，并经过验证，可配置性强。用户可以根据自己的需要添加到设计的程序里，缩短编程时间，增强程序可读性和可靠性。由此可见，基于的永磁电机控制具有很大的发展前景。本文研究的主要内容及章节安排基于的永磁电机控制技术是全数字化电机控制的新趋势。电机控制算法通过硬件描

19、述语言转换为实际的硬件电路实现，其实现与传统的单片机（）或者实现有很大的区别。本文对基于的永磁电机控制技术进行了深入研究，涉及的永磁电机包括方波形永磁无刷直流电机（）和正弦波形永磁同步电机（）两类。本文主要章节安排如下：第二章首先介绍了传统的永磁无刷直流电机控制的原理及控制系统组成，在此基础上详细介绍了基于的永磁无刷直流电机速度闭环控制系统的硬件电路，其中重点介绍了实验中所使用的芯片及其特点。第三章介绍了的设计开发软件，阐述了基于的设计流程，并将其与传统的设计方法进行比较，说明这种设计方法的特点。详细介绍了基于实现永磁无刷直流电机速度闭环控制的各个主要环节的设计开发，包括数字，等环节的编程实现

20、。在充分发挥功能的前提下，将更多的功能，如：速度采集电路等，用去实现，减少系统的硬件开销，从而降低系统的成本。本文首先在一块芯片中实现单台永磁无刷直流电机的速度闭环控制，然后在一块芯片上实现多台永磁无刷直流电机的控制。在本章的最后对基于的单台和多台永磁无刷直流电机速度闭环控制系统进行了实验验证。第四章在实现永磁无刷直流电机速度闭环控制的基础上，详细分析采用不同的调制方式对母线电流的影响在中实现各种调制方式，从理论上分析了不同的调制方式对母线电流的影响，接着基于平台在实验中对理论分析进行了验证。在第五章本文重点介绍了永磁同步电机的的混合仿真。是一种新型、快捷的设计方法。建立的仿真相当于一种硬件在

21、线仿真，仿真的模型可以直接生成相应的硬件编程语言，这些语言经过综合实现后可以直接下载到中运行这一部分介绍了工具的使用方法，以及使用进行设计编程的优点。详细介绍如何在环境中建立矢量控制的混合仿真系统，重点介绍了控制系统中各个环节，包括（正弦电压型脉宽调制），变换，破变换以及调节器的编程实现等。文章最后对本文所作工作和不足进行了总结，并对下一步工作进行了展望第二章基于的永磁无刷直流电机控制系统硬件电路无刷直流电机的控制原理【】【永磁同步电动机按照供电电流波形的不同，可以分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机（简称永磁同步电动机）。矩形波永磁同步电动机又称为永磁无刷直流电动机。无刷直流电动机

22、是在有刷直流电动机基础上发展起来的，有刷直流电机由于其控制简单，在工农业生产中得到广泛应用。但是由于换相器的存在，有刷直流动电机存在换相火花，给电机的维护和安全带来很大的不便。早在年，就提出了使用整流管代替有刷直流电机的机械换相器。年，美国的等人首次申请了使用晶体管换相电路代替有刷直流电机电刷的专利，标志着无刷直流电机的诞生。年，在的报告中首次提到了无刷直流电机。无刷直流电动机运行原理可以借鉴有刷直流电动机的分析方法。理想的情况下假设永磁体在气隙中产生的磁通密度呈矩形波分布，在空间占据（电角度；电枢反应磁场很小；定子中通入三相对称的矩形波电流，定子绕组为相带的集中整距绕组。这种情况下气隙合成磁

23、动势为恒定的矩形波，其气隙磁密曲线如图所示。瓷万万图理想无刷直流电动机的气隙磁密曲线由图可以得到整距集中定子绕组的相磁链为、壬，）（，一冲。（讲抑。、王，。口子三矿秒刀（）万万磁链的最大值（）式中一一定子绕组每相串联匝数；见一一永磁体产生的磁密。由式（）可以得到每相定子绕组中的反电动势髀防锌扣国电动势同相，此时电动机的电磁转矩可以表示为协，由于在任一时刻只有两相绕组通电，且在理想情况下，相电流与相应的相反乙，昙昙胛。，上，（由于电动机换相时间很短，忽略换相时电动机定子绕组电感上的电压降，理想情况下稳态时电动机的电压方程式可以表示为尺，。，二、王，。国（）式中蜀一一电动机定子绕组相电阻；驴一一电

24、动机的端电压。由式（）、（）可以得到电动机转矩转速特性方程。（，一专）式中舻考；妻删芸协，在式（）中可以看出，通过改变最大磁链和电动机的端电压就可以达到调节无刷直流电动机转速的目的，这种特性与有刷直流电动机非常相似。这也正是矩形波永磁同步电动机被称为无刷直流电动机的原因。无刷直流电动机的控制系统【】【】【】无刷直流电动机的控制系统一般包括三部分：无刷直流电动机本体、驱动控制器和位置传感器。典型的无刷直流电动机的控制系统可以用框图表示一“叫！一悭【“一三。位置传感器一一图无刷直流电机控制系统框图浙江大学硕上学位论文摹于的永磁电机控制系统的研究位置传感器有很多种，现在使用较多是霍尔传感器。电机在旋

25、转时气隙会产生周期变化的磁场，霍尔元件中的自由电子在变化的磁场中就产生变化的电流。电流转化为霍尔元件电压的输出，电压经过放大就可以得到电机转子的位置信号。霍尔传感器按照在空间安放的电角度不同可以分为和两种方式，其安放位置如图所示。图（）霍尔按照电角度安放（）霍尔按照电角度安放根据霍尔传感器的电压信号就可以知道电机的位置，从而对电机实现控制【。霍尔信号与相反电势之间的对应关系如图所示。、，一脚伯曲。，。高。赢。：；啦；扣俨；图无刷直沈电机相反电势与霍尔信号对应关系位置传感器产生的位置信号，经过控制器的环分电路产生对应功率晶体管的开通和关断的驱动信号。这些信号经过光电隔离后送到功率晶体管的驱动，就

26、可以控制无刷直流电机的运行了在驱动信号上叠加上高频信号就可以实现电机的无级调速。基于的永磁无刷直流电机控制系统硬件电路在设计的无刷直流电机控制系统过程中，在实现对无刷直流电机进行速度闭环控制时，尽量减少系统的硬件开销，本文中将速度检测电路采斯学砸±学位论文基于的永碓电机挖制系统的研究用去实现，省去了速度测量的硬件电路整个控制的无刷直流电机速度闭环系统硬件框图如图所示圜磬碍舻囤（目基自直魂电机控制幕坑硬件推雷的，系列芯片介绍【）【是全球最早的生产厂商，也是目前最大的制造厂商。公司推出了一系列从低端到高端的芯片，系列芯片是性价比很高的芯片，在一些资源要求不多的地方完全能满足设计要求。本文

27、中就采用了队砌州系列中的现在的芯片都是基于查找表结构，但是其性能已经远远超出了普通查找表的概念。芯片内都主要由六部分组成：输精出单元（）、基本可编程逻辑单元（）、时钟管理（）、嵌入式块、丰富的布线资菲、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件单元。芯片的内部结构如图所示一黑肝哥二圈刨鼻一、垤岳舟母捶函圉囱目自结扮每个部分的功能简要的介绍如下。输入输出单元（）的输入输出单元是可以编程的，典型的内部包含存储器、可编程缓冲器、可编程延时线、可编程偏置等等。用户可以根据自己的需要对单元进行编程，满足不同的电气特性下对不同的输入输出驱动的匹配。在内部被划分成不同的诎，每个【有独立的接口标准，一个（中的供电电压相

28、同。最大的用户可配置数目有个，分成八个诎。每个都支持数据双向传输，且每个都具有数字控制阻抗在线自动匹配功能，简化了版图设计。单个的传速率可以达到。可配置逻辑模块（）可配置逻辑模块（西）是的基本逻辑单元。每个由几个内部互联的和开关矩阵组成。在系列中每个里面都有四个。每个都是由两个查找表函数发生器、两个存储单元、序逻辑，在用户需要时还可以配置成分布式的洲和分布式。中具有个，典型的结构如图所示。十函数复用器、进位逻辑和算术逻辑单元。每个不仅可以实现组合逻辑、时图典型的结构数字时钟管理模块（）系列芯片提供了灵活的数字时钟管理单元（西）。数字管理器中有数字锁相环电路，方便用户消去时钟抖动，在一定的范围内

29、对输入时钟进行倍频和分频，也可以实现对时钟的移相。这些功能在数字电路设计时非常有用。、口一：正一。一营售一彳凸“，奢蕾罚芎§喜”加璐巧面【：】图功能不愿图嵌入式的块洲（洲）可以配置成单端口、双端口洲、内存地址存储器以及等常用的存储结构。不同的中的删容量不同，可以根据需要选用不同的存储深度和位宽。系列所有的芯片都支持块，这些块洲都是同步可配置。块在存储时比分布式更加灵活，且效率更高。内嵌了块，大大方便了用户也拓展了的用途。芑厶。山，一“图数据传输路径丰富的布线资源布线资源将中所有的模块连接起来，连线的驱动能力和传输速度与连线的长度和工艺紧密相关。在内部有四类布线资源：全局布线资源、长线

30、布线资源、短线布线资源和分布式的布线资源。在设计时用户不必关心这些资源如何利用，设计软件会自动根据网表来分配。在满足时序要求的情况下，选择最优布线方式，节约资源。底层内嵌功能单元浙江大学硕士学位论文基于的永磁电机控制系统的研究底层内嵌单元主要包括（）、等软处理核。这些软处理核的嵌入大大增强了的功能，使单片成为了系统级设计工具。系列芯片中没有、等功能很强大的软核，但是一些数字锁相环等内嵌软核已经能基本满足用户要求。内嵌专用硬核内嵌的专用硬核（），其功能等效于电路。一些中集成了专用乘法器，高端的中还集成了串并收发器。芯片有个嵌入式硬件乘法器，在实现乘法时非常简单，用户只需要在程序中使用乘法符号“妒

31、，就会自动调用乘法器核。这种硬件乘法器，计算速度快，可靠性高，实用性强。【：】一【：】×：】一图雕测芯片中觚协硬件乘法器系列芯片性价比高，适合应用于消费类电子产品，在工业控制领域也有独特的优势。的配置芯片【】都是通过仿真软件将写好的程序生成的比特流文件下载到内部的配置存储单元中去。配置过程是通过下载线连接到专用的配置管脚来进行的。的配置方式有很多种，用户可以根据项目的需要自行选择。常用的配置模式有从串模式（甜）、主串模式（嘶主并联模式（）、）、从并联模式（）以及边界扫描模式（叫）。从串模式中，从一个串在电路中的芯片中获得配置比特流，这时的管脚是输入模式。下，可以使用一块配置芯片配置多

32、块，配置程序按照一定的时序依次配置每块。这种配置模式优点是能节省配置芯片，缺点很明显，多块芯片不能同时配置。在丽下，的管脚是输出模式，即由内部时钟来控制串型的。程序先下载到中，然后自动上电读取程序，这种模式在工业应用中很多。本文中使用的公司指定的配置芯片，采用主串配置模式，其配置电路如图所示。图主串配置模式原理囹并联配置模式适合多块同时工作，配置数据并行发送到中，配置速度快。的边界扫描配置模式支持在线调试和仿真，借助提供的相关软件，如：）（）【的可以实时在线观测的管脚和内部寄存器的状态，方便用户调试。在编程调试阶段多采用这种配置方式。晶振电路在本实验中，采用时钟输入。为保证能可靠工作，晶振采用

33、有源晶振。具体的晶振电路如图所示。图晶振电路芯片供电电路芯片的电压等级有、。用来给的供电，给一部分的（供电，同时提供给配置芯片，给内核供电。采用较低的供电，可以减小芯片功耗。为保证芯片安全工作，所有供电电源均从转化而来，分别采用专用的转、和芯片。本实验中转换芯片采用，转换芯片采用，转换芯片采用鼢。具体的供电电路图如图所示。图供电电路的复位电路常见的复位方法有硬件复位和软件复位两种。硬件复位原理简单，在上电时，芯片按照一定时间延时产生一个上升沿或是产生一个下降沿，采集到跳变沿，即可对系统进行复位操作。硬件复位优点是操作简单，支持外部手动复位；缺点是需要多加一块复位芯片，复位时间不能精确控制。软件

34、复位原理和硬件复位原理一样，只不过是用户根据自己需要在程序中加入了一段延时程序，具体的延时时间可以精确控制。软件复位的缺点是不能实时在线复位。在本实验中，采用芯片实现硬件复位。芯片管脚只有四个，外围电路简单，支持手动复位，使用非常方便。使用的复位电路如图所示。新太学碗±学位论女甚十的永鞋电机控制系统的研究城赫一。型：。上：脚目口智能功率模块（）】本实验使用公司的智能功率模块耻，模块耐压，最大电流这款智能模块集成了、功率管驱动电路、欠压保护电路和过流保护电路，是一袭用于电机驱动的高性能功率模块。使用模块简化了电路设计，提高了电路可靠性。结口模块配置好外围电路，产生的信号经过光耦隔离加到

35、上就可以产生三相电压，接到无刷直流电机输入电压端上就可以驱动电机工作。与的连接电路如图所示莓一妻掣叫土：，一“¨日和的连接电路的外围电路设置简单，具体配置如图所示浙江大学硕上学位论文基于的永磁电机控制系统的研究图模块的外围配置电路光电隔离电路为保护，需要将控制信号和功率放大电路隔离开。可以采用一个光耦隔离电路实现。本实验中采用光耦，这种光耦价格便宜，加上三极管后速度足够快，满足实验要求。图光电隔离电路浙江大学硕士学位论文基于的永磁电机控制系统的研究转换芯片实验中为观察闭环控制时速度曲线，需要将速度的数字信号转换成模拟信号，以便在示波器上观察。本实验在平台中加入一款转换芯片，查看相关资

36、料，本实验中采用。这款芯片功耗低（），位数字信号并行输入，控制简单，转换速度快芯片输出有四路，利用程序可以独立输出，满足实验要求。的外围配置电路如图所示。图配置电路平台图本实验设计基于芯片的实验平台。由于管脚众多，且管脚之间的间距很小，为方便布线，采用四层板设计。在布线时需要注意将时钟管脚和晶振管脚分开布线，尽量减小相互之间的干扰。淅学十学位论丘基的硅电机控镛系统的研究目台版日本章首先夼绍了无刷直流电机的控制原理，接着详细介绍了实验的平台，重点介绍了实验中所使用的芯片功能和资琢，并给出了平台中各个芯片的外围电路，以及实验中无刷直流电机控制电路的功牢驱动电路在本章的基础上，在第三章将进行程序设计

37、和实验验证浙征大学硕±位论文摹十的永碓牲制系统的研究第三章基于的多台永磁无刷直流电机控制系统的实现本章重点介绍基于的多台永磁无刷直流电机控制系统的实现在介绍基于的设计流程的墓础上，详细介绍控制系统的各个主要环节的的编程实现对每个环节的功能进行了仿真，并将程序下载到芯片中进行了宴验验证。基于的开发流程川圳随着计算机技术的突飞猛进和的广泛应用，（廿船辨）电子设计自动化技术在工程师的设计中也越来越重要现代设计方涪政变了传统的基于卡诺图小规模电路的堆劫等为代表的传统的数字电路设计方法，采用软件鳊程印可生成相应的硬件电路，真正实现了软件和硬件的完美结合甚至在系统运行时，借助相关软件可以在缦调整

38、系统的硬件参数而不用重新设计电路基于的开发，可以分为硬件开发设计和软件开发设计硬件设计包括芯片的电源电路、配置电路、存储器电路、输入输出电路以及其他设备的电路设计，这些在第二章中已经给予了舟绍在本章主要介绍基于开发的软件设计流程。是）【公司推出的一套用于开发公司的和的集成开发套件，它能提供从设计精入到综合，布缦、各种时序仿真，下载的空部功能。基于的典型开发流程可以表示成图。面品二：！“哟“，；“哆【工、把）。璺毋“型塑哩田（：托，鼻型设计涟程框田浙江大学硕士学位论文基于的永磁电机控制系统的研究基于的设计输入允许输入的设计文件种类大致可以分为两种，一种是原理图输入；另一种就是硬件编程语言输入。原

39、理图输入具有直观、简洁的特点，但是灵活性不足，在应用到不同的器件或是不同的综合工具时均需要修改，可移植性不强。硬件编程语言输入则具有通用性，可以适应各个不同的器件或是不同的设计软件。在本文设计中均采用硬件编程语言输入。现代技术基于计算机平台，采用硬件编程语言、铺（函）或（：曲嘶）。硬件编程语言在描述一些抽象性更高的设计时具有优势，但是由于其严格的程序格式，设计者使用起来很费时间，普通的设计者更倾向于使用、衙。、衙最初是在年盟公司为其模拟器产品开发的硬件编程语言，当时只是作为一种专用语言。由于他们的模拟器产品被人们广泛使用，撕作为一种易学易用的语言逐渐为广大设计者所喜爱。年耐正式成为标准。用于从

40、算法级、门级到开关级的多种抽象设计层次的数字系统建模。被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门电路和完整的数字系统之间。耐具有很强的描述能力，可以描述设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及设计的验证时延和波形的产生等等。在起初推出的嘶在描述抽象设计时存在缺陷，但是随着加不断完善，现在踟的描述能力已能满足绝大部分设计者要求。两从语言中继承了很多的操作符和结构，有语言基础的编程人员学习起来很快。基于和的仿真设计文件输入后，用户可以对其功能进行仿真。在中用户可以使用的图形化波形编辑器来编写测试文件，或者直接编写文件对输入程序进行测试。采用编辑器时，复杂的时序逻辑波形往往很难画出，更多的用户采用编写文件来进行仿真。语言和语言一致，使用起来非常方便。）（的在仿真时会占用计算机大量的内存，在需要进行数据量很大的复杂系统仿真时单独使用软件往往不能满足需要。基于这种考虑软件提供了与仿真软件的接口。是出品的一款用于、钮、锄、时以及混合语言设计的仿真和验证工具。在中直接调用软件可以帮助用户快速对系统进行仿真。基于）（的综合图等设计的输入文件翻译成由与门、或门、非门、触发器、洲等等基本逻辑单元组成的逻辑连接文件，一般称为网表文件。现代的具有自动优化功能，可以根据用户目标和约束条件优化网表，使用户的设计性能达到最优。