[00965149]全数字单芯片交流伺服电动机速度控制的研究

该项目属于交流伺服电动驱动控制器集成化设计研究领域。研究内容主要涉及电机驱动、自动控制技术、电子科学与技术、集成芯片设计、计算机、机电一体化等科学技术领域。民用电机驱动系统向高性能发展的趋势推动了永磁同步电动机驱动系统民用化进程。先进技术EDA/SOPC(电子设计自动化/片上可编程系统)的发展，使电机控制器出现了集成化研究的新方向，给电机控制领域带来了新的发展机遇。该项目利用EDA/SOPC技术，以FPGA(现场可编程逻辑门阵列)为载体，开发一系列功能IP核(知识产权芯核，一种可注册产权的电路设计)，并整合为PMSM(永磁同步电动机)速度控制器，采用一体化设计方案应用在洗衣机驱动系统中。关键技术：1、采用一体化设计思想对洗衣机用直接驱动PMSM驱动系统进行总体设计的方案研究；2、PMSM驱动系统的位置预估方案研究；3、驱动器设计中应用到的弱磁控制、脉宽调制、运动控制等算法研究；4、利用EDA/SOPC技术开发全数字速度控制器相关的功能IP核的研究。性能指标：1、驱动系统为直接驱动系统；2、额定电压：DC311V；3、额定电流：≤DC4.0A；4、机械特性：对应洗涤状态：额定转速n=160rpm，Tn=12N·m，Tmax=15N·m，对应脱水状态：额定转速n=850rpm，nmax=900rpm，Tn=1.6N·m；5、噪音指标：所测得电机噪音不大于40dB(A计权，声功率级)；6、脱水状态调速范围：60rpm-950rpm连续可调；7、洗涤状态调速范围：60rpm-160rpm连续可调；速度控制器可控转速范围：0.1-30000r/m；电流环和速度环的采样频率均可以达到30kHz以上；稳速精度：±0.01以内；动态响应：900Hz以上。技术的创造性与先进性：1、技术创新研究并应用电子系统设计领域最前沿的技术-基于FPGA的EDA/SOPC设计技术，该技术的应用和推广将是中国未来电子设计技术发展的主流，它不仅是电子技术发展的必然趋势，而且也是衡量产品技术先进性和竞争力的一个重要标志。2、理论创新对一些成熟的理论加以改进优化，使其更适合利用EDA/SOPC技术在FPGA上实现和设计成为IP核，可复用性和可移植性更强，更适合在洗衣机驱动系统中应用。3、机电一体化设计方案创新该项目的洗衣机用直接驱动永磁同步电动机系统一体化设计方案，与传统的洗衣机电机驱动系统相比，突出的特点是低成本、高性能、直接驱动、噪音小、调速范围大和调速性能明显提升。推广应用范围：该科技成果中的SPWMIP核、SVPWMIP核、混合型位置预估IP核，以及它们组成的全数字速度控制器可移植性强，它们能以单独的IP核形式、或者组合成更大功能的IP核的形式，移植到其它交流伺服系统中，甚至很多的电气系统中，能应用到在家电、交通、工控、航空航天等许多领域。其中SPWMIP核和SVPWMIP核也能应用到各类变频电源中。同时，该科技成果中的IP核也可以与嵌入处理器及其他功能模块结合在一片FPGA上构成片上可编程系统SOPC，可以使所设计的系统在其规模、可靠性、体积、功耗、性能、成本等实现最优化。应用情况：1、该项目的研发过程培养了一批优秀的本科生，使他们在第七届全国大学生电子设计竞赛中获得广东赛区一等奖二项、全国一等奖一项。2、全数字单芯片交流伺服电动机速度控制器已经应用在洗衣机驱动系统和数控机床中，运行效果良好。存在的问题应该看到高性能的产品是多种先进技术的结晶，并结合其它多种因素的结果。就电机集成化控制器产品化而言，还需踏踏实实的进行程序测试和长期运行考核，并加强推广应用。更多高性能的，集成化程度更高的电机控制器有待进一步研究和开发。