随着永磁材料的飞速发展以及各种电机控制策略的相继产生,使得永磁同步电机的应用越来越广泛,永磁同步电机在整个电机领域的地位也越来越重要。传统DSP芯片控制永磁同步电机的运行方式,由于其自身存在的一些问题,越来越难以适应高性能的伺服系统控制要求。因此,设计专用的芯片进行永磁同步电机驱动控制,从整体上提高永磁同步电机驱动系统的控制精度、响应速度以及智能化、数字化水平成为发展永磁同步电机驱动控制芯片的一个主要突破口。本文研究目的在于使用Verilog硬件描述语言设计一款专用于永磁同步电机控制的芯片(ASIC),该芯片在永磁同步电机运行中可以进行电机的电流及速度控制,具有较高的数据处理精度、较快的反应速度以及较低的功耗。主要研究内容如下:1.确立了矢量控制的基本策略。通过对永磁同步电机数学模型进行推导以及现有的控制策略进行分析,确定设计中使用的控制方案为矢量控制。对矢量控制过程中所涉及的关键知识点进行详细的分析及阐述,便于后续设计使用。2.完成永磁同步电机控制芯片的设计。以矢量控制模型为基础,结合设计需要对控制芯片进行模块划分,如Clark变换模块、Park变换模块、SVPWM模块、解码器模块、浮点数运算模块等功能模块,使用Verilog硬件描述语言进行相关模块的设计。整个永磁同步电机控制芯片以OC8051 IP核作为芯片的基础架构,大大简化了设计过程,减小了设计的工作量和难度。在永磁同步电机控制芯片的设计中,将浮点数运算模块运用于电机控制芯片中,与传统的定点运算DSP芯片相比,提高了计算精度,使得控制精度有了较大的提升。另外,在得到当前电机角度对应的三角函数值时,舍弃了传统的查找表法,用CORDIC算法来进行三角函数的计算,对比查找表法,大大节省了控制芯片的存储资源。3.对设计的芯片进行功能仿真验证。根据验证方案和验证功能点,使用Vivado和Model Sim对设计的永磁同步电机控制芯片各功能模块进行联合仿真,并对仿真结果进行分析,验证永磁同步电机控制芯片设计的功能模块正确性。4.完成整个永磁同步电机控制系统设计。使用Nexys4开发板对永磁同步电机控制芯片的原型进行验证,配合所设计的外围驱动电路,搭建硬件控制系统,对芯片进行物理验证与调试,进而测试出芯片的功能和性能是否达到设计要求。实验结果表明,所设计的永磁同步电机控制芯片可以实现电机的电流与速度控制。通过对系统中关键信号的抓取分析,进一步验证了永磁同步电机控制芯片设计的正确性和可行性。