BAE公司开发三向无刷永磁电机的面向现场的控制研究.docx

BAE公司开发三向无刷永磁电机的面向现场的控制研究BAE公司开发三向无刷永磁电机的面向现场的控制研究ronggang导语：利用NIPXI平台、LabVIEW7Express、LabVIEW7FPGA模块和PXI-7831R型可重配置I/O模块在XilinxFPGA芯片上实现全数字化的电机控制器TheChallenge:快速开发出下一代高性能电机控制器的原型。TheSolution:利用NIPXI平台、LabVIEW7Express、LabVIEW7FPGA模块和PXI-7831R型可重配置I/O模块在XilinxFPGA芯片上实现全数字化的电机控制器。使用NI公司的LabVIEWFPGAModule软件进展快速控制器原型化，我们甚至在开场FPGA设计前，就可以测试并进一步开发真正的硬件了。下一代电机控制器设计BAESystemsAvionics公司设计和制造军事电子和监视系统。为了保持竞争力，航空电子部门不断评估新工具和技术，用于减少新技术的设计消费间隔时间。我们在实验室里把时间用在开发硬件和软件上，这是我们持续成功的关键。磁场定向控制FOC，或矢量控制，是一项新技术，它可以改良各种的转矩-速度特性，而我们公司的大多数产品都集成了至少一个直流电机。爱丁堡的BAESystems公司伺服系统技术集团，对增加峰值功率非常有兴趣，由于晋级后的电机驱动器将为现有的电机提供额外的性能，并且通过在新设计中减少电机质量来节省航空产品的重量。同时，随着FPGA性能的进步，我们不仅可以使用FPGA进展电机控制，还可以进展控制。我们使用NI公司的产品进展快速地原型化，显著地降低了新技术在设计早期带来的风险。FOC技术由传统方波放大器驱动的电机受限于整流误差引起的不理想的转矩-速度特性和转矩脉动。正弦整流解决了转矩脉动问题，并且在低速电机上工作良好。但在速度更高时，PI电流控制器必须进步频率来跟踪正弦电流，同时克制增加频率和幅度的反电动势问题。这将导致相位延迟，由于转矩产生的通量没有以90度作用于转子，所以会造成每安培转矩的损失。这种影响由转矩-速度TS图中的曲线表示。根本上，TS曲线包含两条线，程度线是决定最大速度的电压限制，而垂直方向是决定最大转矩的电流限制。我们使用FOC来改良TS特性。这种整流方法利用变送器将正弦电流和编码位置变换至转动转子的d-q参考帧。d和q局部是直流的，所以很轻易使用PI控制器来控制它们。再对控制器输出进展反变换，输出正确相位和幅度的电压波形以保持通量与转子的90度夹角，进而获得最大的电流到转矩功率转换。空间矢量调制和FPGA实现利用全数字化控制，我们可以使用空间矢量调制SVM来解锁15%以上的无负载速度。FOC控制使得这变为可能，由于我们不再受限于母线电压/2的经典整流限制了。SVM的三角特性遵循30度、60度和90度三角和1、2及边长，将相对关系改为母线电压/。从这个比例，我们可以计算出母线电压/2除以母线电压/即是1.1547，或讲15%的增加。传统的FPGA控制算法实现伴随着宏大的风险，由于第一次的物理实现会持续服役到产品设计周期的完毕。通过使用NILabVIEWFPGAModule软件进展快速控制器原型化，我们甚至可以在开场FPGA设计前就开场测试和进一步开发实际的硬件。我们使用含有定点宏块集的数学模型工具包来仿真FPGA的数学功能，进展算法的开发。我们可以迅速用G代码来重写定点算法，并且在NI公司的PXI平台或者CompactRIO可重配置控制和收集平台上运行。在编译经过中，硬件描绘语言HDL的生成、逻辑分析、HDL仿真以及摆放和布线操纵都是完全自动化的。VHDL代码通过PXI机箱的背板，下载到NIPXI-7831R的VirtexVC2V1000中。PXI-7831R提供了8个16位的模数转换器、8个16位的数模转换器以及96个晶体管-晶体管逻辑I/O管脚，用于使用内插式终端卡进展快捷的硬件连接。调试也很轻易，由于我们可以从任意的FPGA存放器中读取数据，并且在运行NILabVIEW的主机上显示结果，而不影响FPGA的运行。快速系统组件原型化我们用于研究新型技术的快速原型化系统包括了装有运行LabVIEW软件的NIPXI嵌入式控制器的PXI机箱和PXI-7831R可重配置I/O模块。我们使用LabVIEW图形化开发环境、LabVIEWFPGA模块来开发所有的系统部件。正如上面描绘的那样，我们直接在主机的LabVIEW环境中对PXI-7831RFPGA进展配置和编程。编译后的LabVIEW代码可以直接下载到FPGA中。在主机的Windows操纵系统下运行的LabVIEW软件，提供了系统监测和视觉化功能，这些也是使用LabVIEW进展开发的。通过使用NI公司的PXI-7831RFPGA，我们使用最少的时间和仪器投资，向客户演示了新技术。在没有VHDL学习经历的情况下，我们创立了40kHz的实时控制器，远远超出了以前使用的单点I/O的性能。假如您有任何问题,请留言给NI工程师，我们会尽快给您回电!