【摘 要】
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随着电机控制理论和芯片设计技术的发展,永磁同步电机芯片的应用越来越广泛,同时对其综合性能要求也越来越高。目前,市面大多的永磁同步电机芯片都是以MCU和DSP双核为基础架构结合霍尔传感器的方式实现,但这种方式成本高,芯片面积大,难以应用于一些中低成本的场合。本文旨在设计一款专用的永磁同步电机控制芯片,改变传统的双核架构,采用无传感器的方式,在保证性能的前提下,实现低成本、微面积、可移植性强的芯片特性
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随着电机控制理论和芯片设计技术的发展,永磁同步电机芯片的应用越来越广泛,同时对其综合性能要求也越来越高。目前,市面大多的永磁同步电机芯片都是以MCU和DSP双核为基础架构结合霍尔传感器的方式实现,但这种方式成本高,芯片面积大,难以应用于一些中低成本的场合。本文旨在设计一款专用的永磁同步电机控制芯片,改变传统的双核架构,采用无传感器的方式,在保证性能的前提下,实现低成本、微面积、可移植性强的芯片特性,拓宽永磁同步电机芯片的应用场合。本文的主要工作内容如下:1.针对永磁同步电机的设计框架和结构问题,在对现有电机理论框架和矢量控制技术分析的基础上,确定了双闭环的控制策略,并在无传感器实现上采用滑膜观测器的结构,为后续的硬件实现提供理论上的支持。2.结合应用需求确立了具体的芯片指标,给出了芯片设计的系统方案,并分模块的实现芯片控制系统的各个功能。在如下几个方面进行了重点改进:（1）为了解决坐标变换模块计算量大的问题,在不调用DSP的条件下,本文设计了专用的乘除运算模块,适用于实现矩阵运算的乘加结构;（2）为了提高反馈波形精度,本文在设计SVPWM模块时,采用七段式的发波结构;（3）为了节约芯片资源,提高运算效率,本文设计CORDIC模块取代传统的查表法,来解决三角函数及角度的相关计算问题:（4）为了解决系统反馈时固有的数字误差,本文加入了角度补偿模块,预测角度误差,提高运行效率;（5）为了节约成本,减小芯片面积,提高系统反馈精度,本文在设计SMO模块和PI控制模块时均采用纯硬件的实现方式,将模块功能IP化代替传统的嵌入式实现方式,这种实现方法上的创新,使得芯片无需集成MCU内核,大大减少了芯片资源的消耗,并且提高了芯片的可移植性。3.采用simulink结合modelsim的方式搭建了联合仿真平台,对设计好的芯片代码分别从功能和逻辑两个方面进行静态仿真,验证了设计方案的正确性。在此基础上,对芯片进行了FPGA平台动态仿真。本文从四个角度切入验证,测试两组不同数据分析,结果表明芯片功能各项指标满足设计要求,设计方法是可行的。
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