随着电力电子技术、控制技术以及计算机技术的飞速发展,基于现场可编程门阵列(FPGA)的电机控制得到了越来越多的关注。本文将以永磁同步电机作为控制对象,阐述其数学模型和控制策略,用MATLAB搭建系统仿真模型,基于VHDL语言开发永磁同步电机控制IC,以全硬件的方式实现对永磁同步电机的精确控制,搭建永磁同步电机矢量控制硬件平台,并完成其实验验证。本文通过分析永磁同步电机数学模型以及利用空间矢量脉宽调制技术,给出了永磁同步电机矢量控制方案,介绍了FPGA开发流程,并在Quartus Ⅱ工具下以VHDL语言和原理图相结合的方式,完成了基于FPGA的PMSM控制芯片的片上规划。详细的说明了控制IC中电流采样IP核、转速和位置采样IP核、矢量变换IP核、SVPWMIP核、PI调节器IP核等逻辑电路的设计方式和验证方法。然后对控制系统硬件的设计作了详细的说明,系统硬件电路主要包括主电路和控制电路以及检测电路。在主电路设计中,主要介绍了整流电路与逆变电路以及各种保护电路的设计,对于控制电路主要介绍FPGA的最小系统的设计,包括时钟电路、复位电路、下载配置电路。本文提出了使用CORDIC算法实现电机电角度正余弦的计算方法,阐述了旋转坐标变换(CORDIC算法)的基本原理。说明了这种方法在数字硬件电路设计易于实现,不仅保证了控制精度,也减少芯片资源的使用。文中也给出可整个系统近似传递函数,并在此基础上对系统中电流PI调节器和转速调节器的设计以及对它们的比例、积分参数的计算、IPM死区时间的设置、各个IP核之间时钟分配、数据格式以及格式转换,系统标幺等方面作了详细的说明。同时通过软件自带的仿真工具和第三方仿真工具ModilSim首先对各个IP核进行了功能仿真与时序仿真,然后将程序下载到芯片中通过逻辑分析仪观察数据和波形,实时验证数字硬件电路设计的正确性。最后本文通过搭建控制系统平台,分别从开环控制、电流闭环控制、双闭环、位置环控制给出了实验数据及波形,逐步验证,最终实现了永磁同步电机矢量控制系统的设计,为后续系统的改进工作奠定了基础。