CN104410345A - 基于fpga的永磁同步电机矢量控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的永磁同步电机控制装置及方法，所述装置的控制端由FPGA构成的主控制电路板和采集电路构成，其中FPGA包括AD控制模块、clark模块、正余弦计算模块、Park模块、反Park模块、PI调节器、SVPWM数据处理模块和转子信息采集模块和时钟控制模块；采集电路包括SVPWM输出的隔离电路和采集电路，其中采集电路又包括编码器调理电路和定子电流采集电路。该装置及方法利用FPGA的丰富可编程逻辑资源和并行处理的方式大大提高了矢量控制算法的处理速度，能够适用于各种电机控制的需求。

Description

基于FPGA的永磁同步电机矢量控制装置及方法

技术领域

本发明属于电机的技术领域，特别涉及一种永磁同步电机矢量控制的方法及装置。 

背景技术

永磁同步电机具有快速定位和较强的精确度，已成为许多控制领域当中不可缺少的执行元件，如CNC加工机床、机器人系统和半导体制造等领域。随着半导体制造技术的迅速发展，各种性能优良的设计芯片不断被研制出，这类芯片具有可编程式的功能，通过在PC端的设计和规划以满足各种需求，以此来提升性能。高容量、高性能和更廉价的现场可编程逻辑元件(FPGA)芯片不断推出，使得FPGA的应用逐渐受到重视。利用FPGA芯片来实现交流电机的伺服系统的优点，是以纯硬件逻辑单元形式实现功能，具有可编程和并行的处理方式。 

由于FPGA的快速发展，使得以前无法在单一芯片中实现复杂算法现都可以慢慢实现，全数字化系统是一种发展趋势，因其数字系统有低成本、体积小、不易受环境影响、不易受环境影响，不易受通信干扰和可编程等优点。将交流电机的坐标变换、空间矢量脉宽调制、电流回路和速度回路在同一片FPGA芯片内完成，具有小型化、低成本、灵活性高等优点，且可以规划成专用的电机控制芯片，很符合未来交流调速系统的发展趋势。 

永磁同步电机是一个多变量、强耦合、非线性系统，矢量控制原理通过矢量坐标变换后，使得对永磁同步电机控制可以模仿对直流电机的控制，通过这种方式控制的交流电机的性能可以与直流电机控制性能相媲美，进而在高性能交流驱动领域获得了广泛的应用。 

基于数字信号处理(DSP)的电机控制系统已经成熟，其强大的数字处理能力，使得实现矢量控制算法变得简单，但DSP的处理方式是利用软件编程的方式，采用串行的工作顺序，如下图1所示，由于工作方式的限制，且芯片自身IO口的限制，在一些实时性要求高或者多台电机协同工作的控制场合，单片DSP已经很难满足设计要求，不仅运算速度慢，效率低，而且需要增加额外的硬件，才能满足运行环境的需要。 

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的永磁同步电机矢量控制装置 及方法，该装置及方法利用FPGA的丰富可编程逻辑资源和并行处理的方式大大提高了矢量控制算法的处理速度，能够适用于各种电机控制的需求。 

本发明的另一个目的在于提供一种基于FPGA的永磁同步电机矢量控制装置及方法，该装置及方法易于实现，比原有控制方法能够大大降低成本，提高效率，从而使同步电机的控制更为准确可靠。 

电动机的控制系统特性归根结底是转矩特性，而转矩电流和磁通能否独立控制和调节，决定了转矩产生是否线性和可控。矢量控制是通过测量和控制电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电动机转矩的目的。由于在定子侧的各物理量之间是相关的，很难直接对各物理量进行独立控制。因此，需要借助坐标系变换，使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。 

一种基于FPGA的永磁同步电机控制装置，其特征在于所述装置的控制端由FPGA构成的主控制电路板和采集电路构成，其中FPGA包括AD控制模块、clark模块、正余弦计算模块、Park模块、反Park模块、PI调节器、SVPWM数据处理模块和转子信息采集模块和时钟控制模块；采集电路包括SVPWM输出的隔离电路和采集电路，其中采集电路又包括编码器调理电路和定子电流采集电路。 

其中，AD控制模块后依次接有clark模块、Park模块，然后再经PI调节器输出给反Park模块，反Park模块接SVPWM数据处理模块，SVPWM数据处理模块输出的相应的PWM信号； 

转子信息采集模块处理后，一路经正余弦计算模块处理，然后同时输出给Park模块和反Park模块；另一个路则直接输出给PI调节器，将给定目标速度值与反馈的速度值进行比较得到误差值，采用PI调节器消除或者降低这样的误差值； 

隔离电路位于SVPWM数据处理模块后；SVPWM输出的隔离电路是实现数字和功率信号的隔离； 

对于系统的电流内环：定子电流从采集电路依次经过AD控制模块、clark模块、Park模块、PI调节器、反Park模块后接SVPWM数据处理模块的输入端，编码器信号经过编码器调理电路到FPGA内的转子信息采集模块得到转子的速度和电角度空间位置，对于角度位置可通过正余旋计算模块得出具体的正余弦值，以供后续的Park模块和反Park模块的输入值； 

在系统的速度外环：反馈的电机速度可以与给定的速度比较，得到误差值给速度环PI调节器，其输出可作为电流环q轴的输入。 

所述的转子信息采集模块：由光电编码器构成，且所述光电编码器为复合式光电编码器。 

所述接于转子信息采集模块为速度PI调节器，速度PI节器将目标速度值与反馈的速度值进行比较得到误差值，速度PI调节器用以消除或者降低这样的误差值，输出的q轴坐标的目标电流的给定值。 

所述Park模块后接有两路PI调节器模块，且所述两路PI调节器模块为电流PI调节器，电流PI调节器用以将目标电流值与反馈的电流值进行比较得到误差值，电流PI调节器消除或者降低这样的误差值。 

所述隔离电路为单路的光耦芯片。 

所述的SVPWM数据处理模块，包括有扇区判断模块、矢量作用时间模块、矢量切换点模块、PPL模块、PWM生成模块和死区时间设置模块，其中，PPL模块输出三角载波，输出的三角载波作为给PWM生成模块载波，扇区判断模块同时接有矢量作用时间模块、矢量切换点模块，矢量作用时间模块后接有矢量切换点模块，矢量切换点模块输出给PWM生成模块，而死区设置模块直接接PWM生成模块，通过死区设置模块可以设置PWM生成模块的死区时间，来防止上下桥臂同时导通而损坏逆变装置。 

更进一步，所述速度PI调节器后接一路电流PI调节器，以消除q轴的电流误差值 

一种基于FPGA的永磁同步电机控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤： 

101、AD控制模块获取定子电流：永磁同步电机的定子电流为模拟量，AD控制模块通过控制AD芯片模数转换的时序，以得到正确的数字量； 

102、同时，转子信息采集模块获取转子的电角度和电机转速：由光电编码器检测到永磁同步电机的脉冲信号经过运算得到实际的转子的电角度和电机转速； 

103、消除电机转速的误差，转子信息采集模块将获取的电机转速传输给PI调节器：将目标速度值(转子信息采集模块获取到实际转速，与给定的速度值(或者说是设定的速度值)存在误差，这个给定的速度值就是目标速度值。)与反馈的速度值进行比较得到误差值，消除或者降低误差值，输出的q轴坐标的目标电流的给定值； 

104、Clark变换，AD控制模块获取的定子电流经Clark模块进行变换，将三相静止坐标系到两相静止坐标系变换，变换前后的磁动势保持不变；然后输出给park模块； 

105、正余弦计算：正余弦计算模块将采集到的转子电角度转换为正余弦的值； 

106、park变换：park模块将静止坐标系下的两相交流电流转换成旋转坐标系下的两相直流电流，输出给PI调节器； 

107、PI调节器消除误差：目标电流值(反馈的两相直流电流值与设定的电流值存在误差，这个设定的电流值就是目标电流值)与反馈的电流值进行比较得到误差值，PI调节器消 除或者降低误差值； 

108、反park变换：反park模块将两相旋转坐标系下的直流电流转换到两相静止坐标系下的交流电流； 

109、合成目标电压值：SVPWM数据处理模块通过上述静止坐标系下的分量值可以判断所处的扇区，依照所处的扇区，合成目标的电压值(按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量)。 

所述的步骤101和102中，是通过光电编码器调理电路将转子的信息转换为脉冲信号再送入到转子信息采集模块当中，定子电流的采集是将微弱的定子电流信号调理到AD芯片转换时的范围内。 

所述转子信息采集模块采集的数据包括转子的电角度和电机转速，其中电角度数据同时输出给Park模块和反Park模块，电机转速数据则输出给速度PI调节器。 

所述SVPWM数据处理模块的PWM驱动信号不能直接进入IPM(智能功率模块)的驱动端，因此在SVPWM数据处理模块后设置有隔离电路，所述隔离电路为单路的光耦芯片为TLP559。 

所述步骤101中，定子电流的采集是经过两个霍尔传感器，在副边电阻上得到两路微弱地电压信号(具有双极性)。 

更进一步，所述电压信号在送到AD的之前需要调理，因此，在AD控制模块之前设置有调理电路，调理电路采用LM324芯片，该芯片带有四个运放，分别实现跟随、放大、抬升和滤波，最终使得信号在采样范围内。 

所述的106步骤中，clark变换是以下的计算公式： 

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}=\sqrt{\frac{3}{2}}{i}_a\\ i_{\mathrm{\β}}=\frac{1}{\sqrt{2}}{i}_a+\sqrt{2}{i}_b\end{array}\right.$

所述的105步骤中，正余弦计算模块采用来自编码器反馈的电角度信息，计算并输出电角度的正余弦的值供给Park变换和park逆变换使用，且该正余弦计算模块是采用旋转计算模式下来计算正余弦函数，采用的数据位数是18，迭代的次数为16，迭代的结果可以同时计算出正余弦的值。 

所述的步骤106Park变换采用公式为： $\left\{\begin{array}{c}{i}_d=i_{\mathrm{\α}}\cos \mathrm{\θ}+i_{\mathrm{\β}}\sin \mathrm{\θ}\\ i_q=-i_{\mathrm{\α}}\sin \mathrm{\θ}+i_{\mathrm{\β}}\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right..$

所述步骤108中，反park变换采用的公式为： $\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}=u_d\cos \mathrm{\θ}-u_q\sin \mathrm{\θ}\\ u_{\mathrm{\β}}=u_d\sin \mathrm{\θ}+u_q\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

所述步骤107中，PI调节器模块，对于数字PI调节器采用增量式的算法其公式为： 

u(k)＝u(k-1)+K_p[e(k)-e(k-1)]+K_iT_same(k) 

K_i为数字PI调节器的积分系数，K_P为比例系数，T_sam为采样周期，e(k)为输入的误差。用第K次位置输出和第K-1次位置输出的差值表示PI控制的输出，在设计时对数字PI调节器的输出要限幅，以至于电机运行时，或出现故障时不会出现过大的输出而导致系统的损坏，同时为使PI调节器快速退饱和，调节器在积分环节也同时限幅。 

所述的步骤109中，SVPWM数据处理模块包括扇区判断模块、矢量作用时间、矢量切换点、三角载波、PWM生成模块和死区时间设置，其死区设置主要是防止上下桥臂同时导通而损坏逆变装置。 

总之，本发明借助坐标系变换，利用FPGA的丰富可编程逻辑资源和并行处理的方式大大提高了矢量控制算法的处理速度，使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，大大提高了运算速度和效率，能够适用于各种电机控制的需求。 

附图说明

图1是现有技术所实施的流程图。 

图2是本发明所实施的FPGA的结构示意图。 

图3是本发明所实施的系统框架图。 

图4是本发明所实施的矢量控制的系统框架图。 

图5是本发明所实施的FPGA供电的电路图。 

图6是本发明所实施的定子电流采集的电路图。 

图7是本发明所实施的光电编码器调理电路的电路图。 

图8是本发明所实施的转子信息采集电路的结构示意图。 

图9是本发明所实施的PI调节器的结构示意图。 

图10是本发明所实施的SVPWM数据处理模块的结构示意图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。 

请参照图2所示，本发明所实施的基于FPGA的永磁同步电机控制系统，所示的系统的控制端由FPGA构成的主控制电路板和采集电路构成，其中FPGA内包括AD控制模块、clark模块、正余弦计算模块、Park模块、反Park模块、PI调节器模块、SVPWM数据处理模块和转子信息采集模块和时钟控制模块，如图2所示。采集电路：包括SVPWM输出的隔离电路和采集电路，其中，采集电路包括编码器调理电路和定子电流采集电路，SVPWM输出的隔离为光耦电路。 

对于系统的电流内环：定子电流从采集电路依次经过AD控制模块、clark模块、Park模块、两路PI调节器模块、反Park模块后接SVPWM数据处理模块的输入端，编码器信号经过调理电路到FPGA内的转子信息的采集模块得到转子的速度和电角度空间位置，对于角度位置可通过正余旋计算模块得出具体的正余弦值，以供后续的Park模块和反Park模块的输入值，而在系统的速度外环：反馈的电机速度可以与给定的速度比较，得到误差值给速度环PI调节器，其输出可作为电流环q轴的输入。 

各个模块的说明如下： 

AD控制模块：永磁同步电机的定子电流为模拟量，AD控制模块通过控制AD芯片模数转换的时序，以得到正确的数字量。 

转子信息采集模块：由光电编码器检测到永磁同步电机的脉冲信号经过运算得到实际的转子的电角度和电机转速。 

速度PI调节器：目标速度值与反馈的速度值进行比较得到误差值，采用速度PI调节器的目的就是消除或者降低这样的误差值，输出为q轴坐标的目标电流的给定值。 

Clark变换模块：三相静止坐标系到两相静止坐标系变换，其变换的原则是变换前后的磁动势不变。 

正余弦计算模块：将采集到的转子电角度转换为正余弦的值。 

park变换模块：将静止坐标系下的两相交流电流转换成旋转坐标系下的两相静止电流。 

电流PI调节器：目标电流值与反馈的电流值进行比较得到误差值，采用电流PI调节器的目的就是消除或者降低这样的误差值。 

反park变换模块：两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，此时是将电压的偏差值经过转换为两项静止坐标系下的分量值。 

SVPWM模块：通过上述静止坐标系下的分量值可以判断所处的扇区，依照所处的扇区，合成目标的电压值是通过两相邻的分量值以及零矢量的不同作用时间来合成的(根据平行四边形法则，目标的电压值是通过相邻的两个有效工作矢量来合成)，输出的相应的PWM信 号驱动功率模块以此控制永磁同步电机。 

时钟控制模块：由外部驱动时钟引入，经过时钟控制模块进行分频和倍频得到上述各类模块的驱动时钟。 

光电编码器调理电路是将转子的信息转换为脉冲信号再送入到FPGA当中，定子电流的采集是将微弱的定子电流信号调理到AD芯片转换时的范围内，SVPWM输出隔离电路是实现数字和功率信号的隔离，本系统可以采用光耦电路，永磁同步电机矢量控制系统的主电路拓扑为交-直-交结构，如图3所示。 

FPGA设计芯片作为主控芯片，主要完成矢量坐标变换、算法cordic运算、PI调节器和空间矢量脉宽调制(svpwm)，矢量控制系统是主要由FPGA控制板，电机本体、主功率电路、定子电流采集和光电编码器调理电路，系统硬件总体结构款图如图4所示。 

为了保证直流母线电压的平滑，需要在直流测并入大的电容进行滤波，由于制造工艺的限制，目前电解电容的最高耐压值只有500V左右，而380V的全波整流电压可达到530V左右，采用的电容串联的方式。 

整流电路采用的是单相不可控整流电路，当电机制动时，定子上的电感上的电量经过逆变器的续流二极管给直流侧的滤波电容充电，此时能量不能从直流侧回馈至电网，电容的电压升高，导致电容发热，可能带来严重后果，因此需要加入制动电阻，当泵升的电压达到一定值时，开通与制动电阻相串联的功率器件，通过制动电阻释放电能，来达到降低泵升电压的目的。 

对于逆变环节，本文采用三菱公司生产第五代PS21867型IPM作为逆变器件，这款智能功率模块由6个IGBT、驱动电路与保护电路组成，具有过流、欠压以及过热保护，从而可以更安全的用于各种调试中。 

由于控制电路会受到强电的干扰，所以输出的六路PWM驱动信号不能直接进入IPM的驱动端，需要加入隔离电路。本矢量控制系统开关频率为10KHZ，综合各方面考虑，最终选择快速、单路的光耦芯片为TLP559来实现隔离。 

FPGA控制板完成矢量控制系统的控制部分，对其供电也是十分重要。电源电路分别采用AMS1084_33芯片、1117-2.5、LM2596，将输入的电压+5V直流转换为电压为+3.3V用于外围输入/输出电压、+2.5V为辅助电源、+1.2V作为内核电压，他们的产生电路如上图5所示。 

本实验的具体实现步骤：定子电流的采集是经过两个TBC30P的霍尔传感器，在副边电阻上得到两路微弱地电压信号(具有双极性)，而进入在AD数模转换芯片TLC549的电压范围是0-3V(单极性)，这类信号在送到AD的之前需要调理，具体的调理电路如下图6所 示，这里采用的是LM324芯片，该芯片带有四个运放，分别实现跟随、放大、抬升和滤波，最终使得信号在采样范围内。 

从复合式光电编码器输出的ABZ为差分信号，经过简单的RC滤波，经26LS32芯片将差分信号变成单端信号，经芯片74HC14反相器，后送到FPGA芯片当中。而对于UVW信号，只适合转子的初始定位，只需经过简单的反相即可，调理电路如图7所示。 

对于转子信息调理模块：转子检测都是经过复合式光电编码器发出的U、V、W、A、B、Z六路信号来计算的。UVW三相用于电机转子的初始定位，当永磁同步电机启动时，可根据UVW的值可以判断出大概的初始电角度，其最大存在30°的误差，θ的输出就选择在上面一路的值θ₁，而第一个Z脉冲采集到来时，可以使得此时计数器的值为预置数值K，同时使得θ₁输出为零，初始定位完成，θ的输出值就是选择下面一路θ₂。在电机正常转动时，θ₂为实际采回来的电角度。电机每转一圈产生一个Z脉冲主要消除计数的累积误差。而为了提高电机转速和位置的精确度，一般采取将A、B脉冲做4倍频处理，图为转子信息检测设计，由于计数电路对干扰信号非常敏感，若不将杂波过滤掉，将使计数器计数发生错误，其误差造成位置的累积误差是无法忽略的。因此在A、B脉冲在进入四倍频电路前，皆加入数字滤波器，具体设计框架如图8所示，而电机的转速可以利用M/T法求得。 

FPGA内AD控制模块的作用是对AD转换芯片时序的控制，以转换成正确的定子电流数字信号，供后面的模块clark变换，而clark变换是以下的计算公式： 

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}=\sqrt{\frac{3}{2}}{i}_a\\ i_{\mathrm{\β}}=\frac{1}{\sqrt{2}}{i}_a+\sqrt{2}{i}_b\end{array}\right.$

对于此处的常量都采用16位的Q12格式。 

对于正余弦计算模块：采用来自编码器反馈的电角度信息，计算并输出电角度的正余弦的值供给Park变换和park逆变换使用。本系统采用cordic算法，它仅仅采用简单的移位和迭代就能够实现、反三角函数、平方根和三角函数的运算，这种算法非常合适在FPGA内实现。本系统是采用旋转计算模式下来计算正余弦的值，采用的数据位数是18，迭代的次数为16，迭代的结果可以同时计算出正余弦的值。 

表1CORDIC算法实验 

上表1为cordic的实验结果，由表可知，算法的精度保持在千分之一以内，可以满足系统的需求。 

对于Park变换，采用公式： $\left\{\begin{array}{c}{i}_d=i_{\mathrm{\α}}\cos \mathrm{\θ}+i_{\mathrm{\β}}\sin \mathrm{\θ}\\ i_q=-i_{\mathrm{\α}}\sin \mathrm{\θ}+i_{\mathrm{\β}}\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

对于反park变换，采用公式： $\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}=u_d\cos \mathrm{\θ}-u_q\sin \mathrm{\θ}\\ u_{\mathrm{\β}}=u_d\sin \mathrm{\θ}+u_q\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

对于PI调节器，本装置的调节器采用PI，对于数字PI调节器采用增量式的算法其公式为： 

u(k)＝u(k-1)+K_p[e(k)-e(k-1)]+K_iT_same(k) 

K_i为数字PI调节器的积分系数，K_p为比例系数，T_sam为采样周期，e(k)为输入的误差。用第K次位置输出和第K-1次位置输出的差值表示PI控制的输出，在设计时对数字PI调节器的输出要限幅，以至于电机运行时，或出现故障时不会出现过大的输出而导致系统的损坏，同时为使PI调节器快速退饱和，调节器在积分环节也同时限幅。 

通过增量型PI调节器的表达式，将与e(k)相关的项进行合并，从而得到其PI调节器的电路框架如图9所示。 

空间脉宽调制技术(SVPWM)，由图10可知包括扇区判断模块、矢量作用时间、矢量切换点、三角载波、PWM生成模块和死区时间设置，其死区设置主要是防止上下桥臂同时导通而损坏逆变装置。 

时钟控制模块，通过配置PLL模块，分出不同时钟频率，来对上述的各个模块进行控制。 

本发明将FPGA作为主控芯片，利用FPGA的丰富可编程逻辑资源和并行处理的方式(即时钟的上升沿过来，上述的框架内的模块同时做处理)大大提高了矢量控制算法的处理速度，而可规划成专用的控制芯片更能完全符合各种电机控制的需求。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原 则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种基于FPGA的永磁同步电机控制装置，其特征在于所述装置的控制端由FPGA构成的主控制电路板和采集电路构成，其中FPGA包括AD控制模块、clark模块、正余弦计算模块、Park模块、反Park模块、PI调节器、SVPWM数据处理模块和转子信息采集模块和时钟控制模块；采集电路包括SVPWM输出的隔离电路和采集电路，其中采集电路又包括编码器调理电路和定子电流采集电路。 

其中，AD控制模块后依次接有clark模块、Park模块，然后再经PI调节器输出给反Park模块，反Park模块接SVPWM数据处理模块，SVPWM数据处理模块输出的相应的PWM信号； 

时钟控制信号则由时钟控制模块产生，经转子信息采集模块处理后，一路经正余弦计算模块处理，然后同时输出给Park模块和反Park模块；另一个路则直接输出给PI调节器，将目标速度值与反馈的速度值进行比较得到误差值，采用PI调节器消除或者降低这样的误差值； 

隔离电路位于SVPWM数据处理模块后；SVPWM输出的隔离电路是实现数字和功率信号的隔离； 

对于系统的电流内环：定子电流从采集电路依次经过AD控制模块、clark模块、Park模块、PI调节器、反Park模块后接SVPWM数据处理模块的输入端，编码器信号经过编码器调理电路到FPGA内的转子信息采集模块得到转子的速度和电角度空间位置，对于角度位置可通过正余旋计算模块得出具体的正余弦值，以供后续的Park模块和反Park模块的输入值； 

在系统的速度外环：反馈的电机速度可以与给定的速度比较，得到误差值给速度环PI调节器，其输出可作为电流环q轴的输入。 

2.如权利要求1所述的基于FPGA的永磁同步电机控制装置，其特征在于所述的SVPWM数据处理模块，包括有扇区判断模块、矢量作用时间模块、矢量切换点模块、PPL模块、PWM生成模块和死区时间设置模块，其中，PPL模块输出三角载波，输出的三角载波作为给PWM生成模块载波，扇区判断模块同时接有矢量作用时间模块、矢量切换点模块，矢量作用时间模块后接有矢量切换点模块，矢量切换点模块输出给PWM生成模块，而死区设置模块直接接PWM生成模块，通过死区设置模块可以设置PWM生成模块的死区时间，来防止上下桥臂同时导通而损坏逆变装置。 

3.如权利要求1所述的基于FPGA的永磁同步电机控制装置，其特征在于所述接于转 子信息采集模块为速度PI调节器，速度PI调节器将目标速度值与反馈的速度值进行比较得到误差值，速度PI调节器用以消除或者降低这样的误差值，输出为q轴坐标的目标电流的给定值。 

4.如权利要求1所述的基于FPGA的永磁同步电机控制装置，其特征在于所述Park模块后接有两路PI调节器模块，且所述两路PI调节器模块为电流PI调节器，电流PI调节器将目标电流值与反馈的电流值进行比较得到误差值，电流PI调节器用以消除或者降低这样的误差值。 

5.如权利要求3和4所述的基于FPGA的永磁同步电机控制装置，其特征在于所述速度PI调节器后接一路电流PI调节器，以消除q轴的电流误差值。 

6.一种基于FPGA的永磁同步电机控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤： 

101、AD控制模块获取定子电流：永磁同步电机的定子电流为模拟量，AD控制模块通过控制AD芯片模数转换的时序，以得到正确的数字量； 

102、同时，转子信息采集模块获取转子的电角度和电机转速：由光电编码器检测到永磁同步电机的脉冲信号经过运算得到实际的转子的电角度和电机转速； 

103、消除电机转速的误差，转子信息采集模块将获取的电机转速传输给PI调节器：将目标速度值与反馈的速度值进行比较得到误差值，PI调节器消除或者降低误差值，输出为q轴坐标的目标电流的给定值； 

104、Clark变换，AD控制模块获取的定子电流经Clark模块进行变换，将三相静止坐标系到两相静止坐标系变换，变换前后的磁动势保持不变；然后输出给park模块； 

105、正余弦计算：正余弦计算模块将采集到的转子电角度转换为正余弦的值； 

106、park变换：park模块将静止坐标系下的两相交流电流转换成旋转坐标系下的两相直流电流，输出给PI调节器； 

107、PI调节器消除误差：目标电流值与反馈的电流值进行比较得到误差值，PI调节器消除或者降低误差值； 

108、反park变换：反park模块将两相旋转坐标系下的直流电流变换到两相静止坐标系下的交流电流变换； 

109、合成目标电压值：SVPWM数据处理模块通过上述静止坐标系下的分量值可以判断所处的扇区，依照所处的扇区，合成目标的电压值。 

7.如权利要求6所述的基于FPGA的永磁同步电机控制方法，其特征在于所述的步骤101和102中，是通过光电编码器调理电路将转子的信息转换为脉冲信号再送入到转子信息 采集模块当中，定子电流的采集是将微弱的定子电流信号调理到AD芯片转换时的范围内。 

8.如权利要求6所述的基于FPGA的永磁同步电机控制方法，其特征在于所述转子信息采集模块采集的数据包括转子的电角度和电机转速，其中电角度数据同时输出给Park模块和反Park模块，电机转速数据则输出给速度PI调节器。 

9.如权利要求6所述的基于FPGA的永磁同步电机控制方法，其特征在于所述的106步骤中，clark变换是以下的计算公式： 

10.如权利要求6所述的基于FPGA的永磁同步电机控制方法，其特征在于所述的105步骤中，正余弦计算模块采用来自编码器反馈的电角度信息，计算并输出电角度的正余弦的值供给Park变换和park逆变换使用，且该正余弦计算模块是采用旋转计算模式来计算正余弦的值，采用的数据位数是18，迭代的次数为16，迭代的结果可以同时计算出正余弦的值； 

所述的步骤106Park变换采用公式为：

所述步骤108中，反park变换采用的公式为：

所述步骤107中，PI调节器模块，对于数字PI调节器采用增量式的算法其公式为： 

u(k)＝u(k-1)+K_p[e(k)-e(k-1)]+K_iT_same(k) 

K_i为数字PI调节器的积分系数，K_P为比例系数，T_sam为采样周期，e(k)为输入的误差；用第K次位置输出和第K-1次位置输出的差值表示PI控制的输出，在设计时对数字PI调节器的输出要限幅，同时为使PI调节器快速退饱和，调节器在积分环节也同时限幅。