基于fpga的永磁同步直线电机（pmlsm）自适应模糊控制的伺服控制集成电路[外文翻译].rar

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基于FPGA的永磁同步直线电机（PMLSM）自适应模糊控制的伺服控制集成电路

摘要
本文介绍了用于永磁直线同步电机（PMLSM）的、基于现场可编程门阵列（FPGA）的伺服控制集成电路。首先，介绍了PMLSM的数学模型，在PMLSM驱动器的电流环采用矢量控制方案。接着，为了提高PMLSM驱动器的性能，推导出由模糊基函数和参数可调机制构建的自适应模糊控制器（AFC），并运用于PMLSM驱动器的位置环，以处理动态不确定性和外部载荷的影响。然后，设计基于FPGA的控制集成电路来实现该控制器。基于FPGA的控制集成电路有两个IP核，一个是Nios嵌入式处理器IP核，一个是应用IP核。Nios处理器是用来完成PMLSM驱动的自适应模糊位置控制器的功能。应用IP则用来完成PMLSM驱动器的电流矢量控制，它包括SVPWM的发生，坐标变换，PI控制，以及正交编码器的脉冲检测。最后，建立了一个实验系统，并证明了一些实验结果。

1引言
因为具有高功率密度和快速精确的运动控制性能的优势，PMLSM作为传动装置【1-2】越来越广泛地应用于许多自动控制领域，包括电脑控制的机床、X－Y驱动装置、机器人、半导体制造设备、运输推进器等。但是，永磁同步直线电机不使用传统的齿轮和滚珠丝杠，所以驱动系统的不确定性大大地影响伺服性能【3】。这些不确定性包括参数变化，外部负载扰动，摩擦力和未知的动力学特性。他们总是削弱预先设计的PMLSM驱动系统的性能。为了解决上述问题，例如模糊控制、神经网络控制、自适应模糊控制等智能技术【4-5】已得到开发，并应用到伺服电机驱动的位置控制，来获得更高的运行性能。
近年来，由于超大规模集成电路技术的进步，FPGA引起了更多的关注。FPGA的优点包括可编程的硬链接特性、快速投放市场、更短设计周期、嵌入式处理器、低功耗和高密度的数字实现系统【6】。在交流电机控制方面，许多实际应用都进行了研究。但是，研究人员使用FPGA仅仅实现整个伺服控制系统的硬件部分【7-8】。现在，可以设计一个嵌入式处理器和IP核，并下载到FPGA，以构建SoPC的环境【9-10】。因此，本文提出在SOPC环境下，设计用于PMLSM自适应模糊控制的高性能伺服控制集成芯片。本文提出的基于FPGA控制集成芯片有两个IP核，包括一个Nios嵌入式处理器IP核核一个应用IP核。Nios处理器IP核是用于软件实现自适应模糊控制算法，应用IP核则是用于硬件实现电流矢量控制方案。因此，所有构建高性能PMLSM驱动的所需的功能都集成在一片FPGA上。