近年来,随着国内医疗康复领域和体育健身领域的快速发展,肌力测评及训练设备也得到广泛应用。研发满足肌力测评及训练要求、具有高性价比的全模式施力器不仅具有广泛应用前景,也很具有研究价值。目前,实验室中的施力器使用的驱动技术为永磁同步电机伺服控制。整个伺服控制系统由PLC、伺服驱动器、伺服电机构成,成本高、资源冗余。因此,设计专用于施力器的一体化驱动技术具有研究意义。目前,市场上的伺服驱动器基本以DSP、MCU作为驱动器的控制核心,使得研发人员可以花费更多的时间在各种控制策略的实现上,但是由于顺序执行程序、固化的外设I/O资源等因素使得应用受限。采用FPGA(现场可编辑门阵列)作为驱动器的控制核心应用在交流伺服系统中是一种新方向。本文以实验室攻关项目全模式施力器为背景,对基于FPGA的永磁同步电机伺服系统做了深入探讨和研究,以求设计一套适用于施力器电机控制的伺服控制系统。主要内容如下:本文首先介绍了交流伺服系统的发展和基于FPGA的交流伺服控制系统研究。从永磁同步电机(PMSM)的基本机构和工作原理出发,在理想条件下进行数学建模,并介绍了PMSM采用的控制策略。在分析本文使用的伺服系统的控制环路后,介绍了SVPWM技术(电压空间矢量PWM技术)的原理与实现。然后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真平台,对本课题设计的伺服系统进行仿真分析,给出了磁场定向矢量算法的仿真结果。其次,本文以Altera公司的FPGA为核心,采用模块化设计方法,利用Verilog硬件描述语言对永磁同步电机伺服系统的软件部分进行设计。FPGA设计主要阐述了矢量坐标变换、Cordic算法、电流传感器处理、编码器处理、SVPWM生成、PI调节器和模糊PI调节器等模块的设计实现。最后,在充分理解磁场定向矢量算法基础上,构建永磁同步电机伺服控制系统的整个硬件电路。结合硬件电路设计原则,详细阐述了主硬件电路的各个功能电路的原理和电路图。然后基于此硬件测试平台对整个系统进行功能测试实验,给出伺服控制系统的电流环、速度环实验波形。