1、    BAE公司開發三向無刷永磁電機的面向現場的控制研究Author(s):BrianMann-Selex-GalileoIndustry:Aerospace/AvionicsProducts:PXI-7831R,PXI/CompactPCI,LabVIEW,FPGAModuleTheChallenge:快速開發出下一代高性能電機控制器的原型。TheSolution:利用NIPXI平臺、LabVIEW7Express、LabVIEW7FPGA模塊和PXI-7831R型可重配置I/O模塊在XilinxFPGA芯片上實現全數字化的電機控制器。ACEIII檔

2、電流下一代電機控制器設計BAESystemsAvionics公司設計和制造軍事電子和監視系統。為了保持競爭力，航Author(s):Brian Mann - Selex-GalileoIndustry:Aerospace/AvionicsProducts:PXI-7831R, PXI/CompactPCI, LabVIEW, FPGA ModuleThe Challenge:快速開發出下一代高性能電機控制器的原型。The Solution:利用NI PXI平臺、LabVIEW 7Express、LabVIEW 7 FPGA模塊和PXI-7831R型可重配置I/O模塊在Xilinx FPGA芯片

3、上實現全數字化的電機控制器。ACEIII檔電流下一代電機控制器設計BAE Systems Avionics 公司設計和制造軍事電子和監視系統。為了保持競爭力，航空電子部門不斷評估新工具和技術，用于減少新技術的設計生產間隔時間。我們在實驗室里把時間用在開發硬件和軟件上，這是我們持續成功的關鍵。磁場定向控制（FOC），或者矢量控制，是一項新技術，它可以改進各種電機的轉矩- 速度特性，而我們公司的大多數產品都集成了至少一個直流電機。愛丁堡的BAE Systems 公司伺服系統技術集團，對增加峰值功率非常有興趣，因為升級后的電機驅動器將為現有的電機提供額外的性能，并且通過在新設計中減少電機質量來節省航

4、空產品的重量。同時，隨著FPGA 性能的提高，我們不僅可以使用FPGA 進行電機控制，還可以進行伺服系統控制。我們使用NI 公司的產品進行快速地原型化，顯著地降低了新技術在設計早期帶來的風險。FOC 技術由傳統方波放大器驅動的電機受限于整流誤差引起的不理想的轉矩-速度特性和轉矩脈動。正弦整流解決了轉矩脈動問題，并且在低速電機上工作良好。但在速度更高時，PI 電流控制器必須提高頻率來跟蹤正弦電流，同時克服增加頻率和幅度的反電動勢問題。這將導致相位延遲，由于轉矩產生的通量沒有以90 度作用于轉子，所以會造成每安培轉矩的損失。這種影響由轉矩- 速度（TS）圖中的曲線表示。基本上，TS曲線包含兩條線，

5、水平線是決定最大速度的電壓限制，而垂直方向是決定最大轉矩的電流限制。我們使用FOC 來改進TS 特性。這種整流方法利用變送器將正弦電流和編碼位置變換至轉動轉子的d-q參考幀。d和q部分是直流的，所以很容易使用PI 控制器來控制它們。再對控制器輸出進行反變換，輸出正確相位和幅度的電壓波形以保持通量與轉子的90 度夾角，進而獲得最大的電流到轉矩功率轉換。空間矢量調制和FPGA 實現利用全數字化控制，我們可以使用空間矢量調制（SVM）來解鎖15% 以上的無負載速度。FOC 控制使得這變為可能，因為我們不再受限于母線電壓/2的經典整流限制了。SVM的三角特性遵循30度、60 度和90 度三角和1、2

6、及邊長，將相對關系改為母線電壓/。從這個比例，我們可以計算出母線電壓/2 除以母線電壓/ 等于1.1547，或者說15% 的增加。傳統的FPGA控制算法實現伴隨著巨大的風險，因為第一次的物理實現會持續服役到產品設計周期的結束。通過使用NI LabVIEW FPGA Module 軟件進行快速控制器原型化，我們甚至可以在開始FPGA設計前就開始測試和進一步開發實際的硬件。我們使用含有定點宏塊集的數學模型工具包來仿真FPGA的數學功能，進行算法的開發。我們可以迅速用G代碼來重寫定點算法，并且在NI公司的PXI 平臺或CompactRIO 可重配置控制和采集平臺上運行。在編譯過程中，硬件描述語言（H

7、DL）的生成、邏輯分析、HDL 仿真以及擺放和布線操作都是完全自動化的。VHDL 代碼通過PXI 機箱的背板，下載到NI PXI-7831R 的Virtex VC2V1000 中。PXI-7831R 提供了8個16位的模數轉換器、8個16位的數模轉換器以及96個晶體管-晶體管邏輯I/O 管腳，用于使用內插式終端卡進行快捷的硬件連接。調試也很容易，因為我們可以從任意的FPGA寄存器中讀取數據，并且在運行NI LabVIEW 的主機上顯示結果，而不影響FPGA 的運行。快速系統組件原型化我們用于研究新型技術的快速原型化系統包括了裝有運行LabVIEW 軟件的NI PXI 嵌入式控制器的PXI 機箱和PXI-7831R 可重配置I/O 模塊。我們使用LabVIEW 圖形化開發環境、LabVIEWFPGA 模塊來開發所有的系統部件。正如上面描述的那樣，我們直接在主機的LabVIEW環境中對PXI-7831R FPGA進行配置和編程。編譯后的LabVIEW 代碼可以直接下載到FPGA 中。在主機的Windows操作系統下運行的LabVIEW 軟件，提供了系統監測和視覺化功能，這些也