技术领域
[0001] 本申请涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机控制方法、FPGA及电机控制系统。
相关背景技术
[0002] 在自动化控制系统中，永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)因其能精确控制其自身的转速及旋转位置而具有非常重要的应用。矢量控制技术(Field‑Oriented Control，FOC)作为一种先进的电机控制技术，可以精确控制PMSM的磁场和转矩，从而实现高效率和高性能的电机控制。
[0003] 在FOC技术中，数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片可以提供高速的数据处理能力和较低的延迟，高性能处理器(Advanced RISC Machine，ARM)可以运行复杂的操作系统和软件框架，通过结合DSP和ARM可以实现低延迟、高速数据处理。但由于DSP和ARM的硬件架构是固定的，因此在面对需求变化时灵活性较差。
具体实施方式
[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0033] 本申请实施例公开一种电机控制方法、FPGA及电机控制系统，用于实现电流环控制、电流环和速度环控制以及电流环、速度环和位置环控制三种不同控制模式，可以提高电机控制的灵活性。以下分别进行详细说明。
[0034] 为了更好地理解本申请实施例，下面对相关技术进行描述。
[0035] 随着机电一体化、电力电子、计算机等技术的快速发展，PMSM控制系统在多个领域得到广泛应用，这些应用实现高速、高精度、高稳定性、快速响应和高效节能的运动控制，其中，运动控制是指对电机及其驱动设备的运动性能的控制。运动控制可以包括速度控制、位置控制以及力矩控制。速度控制是指精确控制电机的转速。在许多应用中，如工业机器人或精密加工设备，保持恒定或根据需要调整转速是至关重要的。位置控制是指控制电机的轴或与之连接的机械部件达到特定位置。在许多应用中，如在自动化装配线中，精确地移动机械臂到特定位置来进行组装或检查。力矩控制是指控制电机产生的旋转力矩。在许多应用中，如数控机床、3D打印机或微型加工设备中，精确的力矩控制能可以加工过程的准确性和重复性。
[0036] PMSM因其能够精确控制自身的转速和旋转位置而在现代工业和技术领域中占有重要地位，广泛应用于多种需要精密运动控制的领域，如自动化机械、电动汽车、航空航天和医疗设备等。FOC作为一种先进的电机控制技术，用于精确控制PMSM的磁场和转矩。FOC通过在控制系统中实施坐标变换，实现了对电机的直轴和交轴分量的独立控制，从而有效提高了电机的运行效率和性能，使电机具有更好的速度和位置响应，同时也提高了能效。
[0037] 尽管FOC技术极大地提高了PMSM的控制性能，但目前基于DSP芯片和ARM的FOC控制设计受限于DSP与ARM的特性，在灵活性、并行计算能力和环路性能等方面表现较差。此外，采用DSP与FPGA或ARM与FPGA的协同方案虽然可以增加控制系统的灵活性，但成本较高。
[0038] 为了解决上述技术问题，请参阅图1，图1是本申请实施例公开的一种电机控制方法的流程示意图。如图1所示，该电机控制方法应用于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)。FPGA可以包括位置环调节器、速度环调节器和电流环调节器。如图1所示，该电机控制方法可以包括以下步骤。
[0039] FPGA可以包括解码模块，解码模块可以基于上位机发送的控制信号采集电机的信息，电机的信息包括电机的转子位置和电机的速度。
[0040] FPGA可以通过克拉克(Clarke)变换和派克(Park)变换根据第一数字信号获得电机的转矩电流。
[0041] 应理解，第一数字信号为采样电路从电机的三相电流信号中获取的。采样电路可以定期采样电机的三相电流，并将三相电流的模拟信号转换为数字信号，即每个采样点的电流值被量化为数字数据，转换后的信号是数字形式的电流读数，代表了电机每个相位在特定时间点的电流状态。
[0042] 采样电路可以检测电机的三相电流得到第一模拟信号，将第一模拟信号转换为第一数字信号，向FPGA发送第一数字信号。
[0043] 采样电路可以是型号为AD706的数模转换器，采样电路可以将检测到的电机反馈信号中的三相电流模拟值转换为数字值，并传输至FPGA中进行运算。
[0044] Clarke变换可以将三相电流的数字值转换为两个正交轴(α轴和β轴)上的两相正交电流。或者，Clarke变换模块可以将三相电压的数字值转换为两个正交轴(α轴和β轴)上的两相正交电压。
[0045] Park变换可以将Clarke变换后得到的(α轴和β轴)上的两相正交电流两相正交电流转换为与电机转子磁场同步旋转的(d轴和q轴)直流参考坐标系中的转矩电流。
[0046] 101、在接收到来自上位机用于位置环、速度环和电流环控制的第一控制信号的情况下，控制位置环调节器根据电机的位置误差生成第一速度参考值，控制速度环调节器根据第一速度误差生成第一电流参考值，控制电流环调节器根据第一转矩电流误差生成第一直轴电压分量，根据第一直轴电压分量控制电机。
[0047] 上位机可以根据应用场景、预定的运行计划或电机的实时反馈信息分别向位置环调节器、速度环调节器和电流环调节器发送不同的控制信号。例如，在控制信号为用于位置环、速度环和电流环控制的第一控制信号的情况下，上位机可以向位置环调节器、速度环调节器和电流环调节器发送用于控制位置环调节器、速度环调节器和电流环调节器工作的控制信号，向位置环调节器发送预设目标位置。再如，在控制信号为用于速度环和电流环控制的第二控制信号的情况下，上位机可以向位置环调节器发送用于控制位置环调节器不工作的控制信号，向速度环调节器和电流环调节器发送用于控制速度环调节器和电流环调节器工作的控制信号，向速度环调节器发送预设电机速度。又如，在控制信号为用于电流环控制的第三控制信号的情况下，上位机可以向位置环调节器和速度环调节器发送用于控制位置环调节器和速度环调节器不工作的控制信号，向电流环调节器发送用于控制电流环调节器工作的控制信号，向电流环调节器发送预设转矩电流。上位机可以根据应用场景、预定的运行计划或电机的实时反馈信息，调整和优化位置环调节器、速度环调节器、电流环调节器的参数，以实现更好的控制效果。
[0048] 位置误差为电机的转子位置和预设转子位置的差值。
[0049] 在一些实施例中，FPGA还可以包括误差计算模块。
[0050] 可以通过位置环调节器计算电机的转子位置和预设转子位置的差值，确定位置误差。也可以通过误差计算模块计算电机的转子位置和预设转子位置的差值，确定位置误差。
[0051] 在一些实施例中，可以控制位置环调节器根据电机的位置误差生成第一速度参考值，可以控制位置环调节器根据电机转子位置与预设目标位置之间的差值生成相应的速度参考值，从而可以实现高精度的位置控制。
[0052] 第一速度误差为电机的速度和第一速度参考值的差值。
[0053] 可以通过速度环调节器计算电机的速度和第一速度参考值的差值，确定第一速度误差。也可以通过误差计算模块计算电机的速度和第一速度参考值的差值，确定第一速度误差。
[0054] 在一些实施例中，可以控制速度环调节器根据第一速度误差生成第一电流参考值，可以通过调节电流参考值以纠正速度误差，可以提高电机的响应速度和稳定性。
[0055] 第一转矩电流误差为电机的转矩电流和第一电流参考值的差值。
[0056] 可以通过速度环调节器计算电机的转矩电流和第一电流参考值的差值，确定第一转矩电流误差。也可以通过误差计算模块计算电机的转矩电流和第一电流参考值的差值，确定第一转矩电流误差。
[0057] 在一些实施例中，可以控制电流环调节器根据第一转矩电流误差生成第一直轴电压分量，可以精确控制转矩电流，从而可以影响电机的力矩输出，可以确保电机在不同负载条件下提供恒定和精确的力矩。
[0058] 可以通过速度环调节器计算电机的转矩电流和第一电流参考值的差值，确定第一转矩电流误差。也可以通过误差计算模块计算电机的转矩电流和第一电流参考值的差值，确定第一转矩电流误差。可以精确控制转矩电流，从而可以影响电机的力矩输出，可以确保电机在不同负载条件下提供恒定和精确的力矩。
[0059] 在接收到来自上位机用于位置环、速度环和电流环控制的第一控制信号的情况下，可以通过控制位置环调节器、速度环调节器和电流环调节器生成第一直轴电压分量，进而根据第一直轴电压分量控制电机，可以实现电机更精确的位置控制、速度控制和电流控制。
[0060] 在接收到第一控制信号的情况下，电机可以适用于需要精确位置、速度和电流控制的技术领域，如机器人控制系统、数控机床系统、精密定位系统。
[0061] 102、在接收到来自上位机用于速度环和电流环控制的第二控制信号的情况下，控制速度环调节器根据第二速度误差生成第二电流参考值，控制电流环调节器根据第二转矩电流误差生成第二直轴电压分量，根据第二直轴电压分量控制电机。
[0062] 第二速度误差为电机的速度和预设电机速度的差值。
[0063] 可以通过速度环调节器计算电机的速度和预设电机速度的差值，确定第二速度误差。也可以通过误差计算模块计算电机的速度和预设电机速度的差值，确定第二速度误差。
[0064] 在一些实施例中，可以控制速度环调节器根据第二速度误差生成第二电流参考值，可以根据电机的速度与预设电机速度的差值生成第二电流参考值，进而调整电机的电流输出。
[0065] 第二转矩电流误差为电机的转矩电流和第二电流参考值的差值。
[0066] 可以通过电流环调节器计算电机的转矩电流和第二电流参考值的差值，确定第二转矩电流误差。也可以通过误差计算模块计算电机的转矩电流和第二电流参考值的差值，确定第二转矩电流误差。
[0067] 在一些实施例中，可以控制电流环调节器根据第二转矩电流误差生成第二直轴电压分量，可以通过精确控制转矩电流误差调整电机输出的转矩。
[0068] 在接收到来自上位机用于速度环和电流环控制的第二控制信号的情况下，可以通过控制速度环调节器和电流环调节器生成第二直轴电压分量，进而根据第二直轴电压分量控制电机，可以实现电机更精确的速度控制和电流控制。在接收到第二控制信号的情况下，电机可以适用于需要精确速度和电流控制，但不需要精确位置控制的技术领域，如输送带控制系统、电动车辆控制系统。
[0069] 103、在接收到来自上位机用于电流环控制的第三控制信号的情况下，控制电流环调节器根据第三转矩电流误差生成第三直轴电压分量，根据第三直轴电压分量控制电机。
[0070] 第三转矩电流误差为电机的转矩电流和预设转矩电流的差值。
[0071] 可以通过电流环调节器计算电机的转矩电流和预设转矩电流的差值，确定第三转矩电流误差。也可以通过误差计算模块计算电机的转矩电流和预设转矩电流的差值，确定第三转矩电流误差。
[0072] 在一些实施例中，可以控制电流环调节器根据第三转矩电流误差生成第三直轴电压分量，可以通过精确控制转矩电流误差调整电机输出的转矩，从而可以实现更精确电流控制。
[0073] 在一些实施例中，可以根据第三直轴电压分量控制电机。
[0074] 在接收到来自上位机用于电流环控制的第三控制信号的情况下，可以通过控制电流环调节器生成第三直轴电压分量，进而根据第三直轴电压分量控制电机，可以实现电机更精确的电流控制。在接收到第三控制信号的情况下，电机可以适用于需要精确电流控制，但不需要精确位置和速度控制的技术领域，如风扇控制系统。
[0075] 在接收到不同的控制信号的情况下，可以灵活切换控制模式，控制模式包括电流环控制模式、电流环和速度环控制模式以及电流环、速度环和位置环控制模式，可以提高电机控制的灵活性，可以使电机适用于不同的应用场景。
[0076] FPGA的型号可以为AXPGL50H。
[0077] 可以通过Verilog语言控制FPGA，也可以通过其他硬件描述语言控制FPGA。
[0078] 由于FPGA的可编程性，无需依赖数字芯片DSP的参与，在保证控制精度和控制性能的同时，可以使得系统性能最大化。同时，FPGA可以允许根据不同的控制信号重新配置硬件逻辑，可以提高系统的灵活性。
[0079] 在一些实施例中，解码模块可以对编码器脉冲信号的频率进行识别，该电机控制方法还包括：
[0080] 可以控制解码模块对电机的编码器反馈的脉冲信号进行四倍频处理，获得第一脉冲信号。
[0081] 应理解，编码器安装在电机轴上，可以生成与电机转子的角位置和转速相关的脉冲信号。脉冲信号可以包括A相脉冲信号和B相脉冲信号。A相脉冲信号和B相脉冲信号分别代表电机旋转的两个正交方向。
[0082] 即可以对电机的编码器反馈的a、b两路脉冲信号的上升沿与下降沿全部进行捕捉，在1/4个原始方波周期完成一次计数，将计数频率提升至四倍，可以达到将编码器脉冲频率四倍频处理的目的。
[0083] 进一步的，可以根据第一脉冲信号确定电机的转子位置和电机的速度。可以在电机高速工作的情况下采用频率测量法计算电机的速度，可以在电机低速工作的情况下采用周期法计算电机的速度。
[0084] 在电机的速度大于预设转速的情况下，可以通过定时测角法根据第一脉冲信号确定电机的速度。
[0085] 在一些实施例中，可以根据编码器获取的脉冲数确定电机的速度。
[0086] 示例性的，假设编码器单圈总脉冲数为常数C，编码器获取的脉冲数和电机的速度之间的关系可以表示如下：
[0087]
[0088] 其中，n表示电机的速度，单位是圈每秒，M0表示统计时间T0内统计到的编码器脉冲数，T0表示统计时间。
[0089] 在电机的速度不大于预设转速的情况下，可以通过定角测时法根据第一脉冲信号确定电机的速度。
[0090] FPGA可以包括系统时钟。
[0091] 在一些实施例中，可以根据系统时钟获取的脉冲数确定电机的速度。
[0092] 示例性的，假设编码器单圈总脉冲数为常数C，系统时钟获取的脉冲数和电机的速度之间的关系可以表示如下：
[0093]
[0094] 其中，n表示电机的速度，单位是圈每秒，TE表示编码器相邻两个脉冲的间隔时间，F0表示系统时钟高频脉冲的频率，M1表示间隔时间为TE内的系统时钟获取的脉冲数。
[0095] 通过上述方法确定电机的速度可以有效扩大测速范围，进而可以使电机在高速和低速状态下都能准确反馈其转速。
[0096] 在一些实施例中，在需要控制多个电机协同工作的情况下，可以通过该电机控制方法分别控制多个电机，实现多电机的协同控制。充分利用FPGA并行计算的优势实现快速，高效的多路电机控制模式。避免多块DSP的参与，造成资源和空间上的浪费。
[0097] 该电机控制方法可以应用在电气伺服传动领域，如印刷设备，该电机控制系统可以提供较高精度的速度控制和位置控制，可以使印刷设备具有自动化程度高、套准精度高、承印范围大等优势。
[0098] 该电机控制方法可以应用在交通运输领域，如电动汽车，该电机控制系统可以为电动车辆的电机提供稳定的速度控制。
[0099] 该电机控制方法还可以应用在自动化装备，该电机控制系统可以为自动化装备提供高精度的力矩控制、速度控制以及位置控制。
[0100] 在一些实施例中，上位机可以包括调试界面，上位机可以根据电机的反馈数据绘制成对应的波形图并显示在调试界面，可以根据绘制的波形计算出电机的转速等参数，进而可以对控制系统的性能进行优化。反馈数据可以包括电机的编码器反馈的数据以及采样电路反馈的数据。
[0101] 如图2所示，图2为本申请实施例公开的一种调试界面的波形示意图。其中，实线表示上位机下发的目标转速，虚线表示电机的实际转速，x轴表示时间，y轴表示转速。
[0102] 在一些实施例中，电机的信息包括电机的电角度。
[0103] 可以控制电流环调节器根据第一磁通电流误差生成第一交轴电压分量。通过控制第一交轴电压分量可以精确调节电机磁通，从而优化电机的性能和效率。
[0104] 第一磁通电流误差为电机的磁通电流和预设磁通电流的差值。
[0105] 可以通过电流环调节器计算电机的磁通电流和预设磁通电流的差值，确定第一磁通电流误差。也可以通过误差计算模块计算电机的磁通电流和预设磁通电流的差值，确定第一磁通电流误差。
[0106] 可以通过逆派克变换根据电机的电角度将d‑q轴上的电压或电流分量转换回α‑β轴上的两相正交的参考电压矢量。例如，根据电机的电角度对第一直轴电压分量和第一交轴电压分量进行逆派克变换处理，得到第一参考电压矢量。
[0107] 由于第一参考电压矢量整合了位置环、速度环和电流环输出的逆派克变换处理结果，根据第一参考电压矢量控制电机，可以实现电机更精确的位置控制、速度控制和电流控制。
[0108] 在一些实施例中，可以控制电流环调节器根据第二磁通电流误差生成第二交轴电压分量。通过控制第二交轴电压分量，可以精确调节电机磁通，从而优化电机的性能和效率。
[0109] 第二磁通电流误差为电机的磁通电流和预设磁通电流的差值。
[0110] 可以通过电流环调节器计算电机的磁通电流和预设磁通电流的差值，确定第二磁通电流误差。也可以通过误差计算模块计算电机的磁通电流和预设磁通电流的差值，确定第二磁通电流误差。
[0111] 可以通过逆派克变换根据电机的电角度将d‑q轴上的电压或电流分量转换回α‑β轴上的两相正交的参考电压矢量。例如，可以根据电机的电角度对第二直轴电压分量和第二交轴电压分量进行逆派克变换处理，得到第二参考电压矢量。
[0112] 由于第二参考电压矢量整合了速度环和电流环输出的逆派克变换处理结果，根据第二参考电压矢量控制电机，可以实现电机更精确的速度控制和电流控制。
[0113] 在一些实施例中，可以控制电流环调节器根据第三磁通电流误差生成第三交轴电压分量。通过控制第三交轴电压分量，可以精确调节电机磁通，从而优化电机的性能和效率。
[0114] 第三磁通电流误差为电机的磁通电流和预设磁通电流的差值。
[0115] 可以通过电流环调节器计算电机的磁通电流和预设磁通电流的差值，确定第三磁通电流误差。也可以通过误差计算模块计算电机的磁通电流和预设磁通电流的差值，确定第三磁通电流误差。
[0116] 通过逆派克变换根据电机的电角度将d‑q轴上的电压或电流分量转换回α‑β轴上的两相正交的参考电压矢量。例如，可以根据电机的电角度对第三直轴电压分量和第三交轴电压分量进行逆派克变换处理，得到第三参考电压矢量。
[0117] 由于第三参考电压矢量整合了电流环输出的逆派克变换处理结果，根据第三参考电压矢量控制电机，可以实现电机更精确的电流控制。
[0118] 在图1所描述的电机控制方法应用于现场可编程门阵列FPGA，FPGA包括位置环调节器、速度环调节器和电流环调节器，方法包括：在接收到用于位置环、速度环和电流环控制的第一控制信号的情况下，控制位置环调节器根据电机的位置误差生成第一速度参考值，控制速度环调节器根据第一速度误差生成第一电流参考值，控制电流环调节器根据第一转矩电流误差生成第一直轴电压分量，根据第一直轴电压分量控制电机，位置误差为电机的转子位置和预设转子位置的差值，第一速度误差为电机的速度和第一速度参考值的差值，第一转矩电流误差为电机的转矩电流和第一电流参考值的差值；在接收到用于速度环和电流环控制的第二控制信号的情况下，控制速度环调节器根据第二速度误差生成第二电流参考值，控制电流环调节器根据第二转矩电流误差生成第二直轴电压分量，根据第二直轴电压分量控制电机，第二速度误差为电机的速度和预设电机速度的差值，第二转矩电流误差为电机的转矩电流和第二电流参考值的差值；在接收到用于电流环控制的第三控制信号的情况下，控制电流环调节器根据第三转矩电流误差生成第三直轴电压分量，根据第三直轴电压分量控制电机，第三转矩电流误差为电机的转矩电流和预设转矩电流的差值。可见，在接收到用于位置环、速度环和电流环控制的第一控制信号的情况下，可以控制位置环调节器根据电机的位置误差生成第一速度参考值，可以控制位置环调节器根据电机转子位置与预设目标位置之间的差值生成相应的速度参考值，从而可以实现高精度的位置控制。可以控制速度环调节器根据第一速度误差生成第一电流参考值，可以通过调节电流参考值以纠正速度误差，可以提高电机的响应速度和稳定性。可以控制电流环调节器根据第一转矩电流误差生成第一直轴电压分量，可以精确控制转矩电流，从而可以影响电机的力矩输出，可以确保电机在不同负载条件下提供恒定和精确的力矩。在接收到第一控制信号的情况下，可以通过控制位置环调节器、速度环调节器和电流环调节器生成第一直轴电压分量，进而根据第一直轴电压分量控制电机，可以实现电机更精确的位置控制、速度控制和电流控制。在接收到用于速度环和电流环控制的第二控制信号的情况下，可以控制速度环调节器根据第二速度误差生成第二电流参考值，可以根据电机的速度与预设电机速度的差值生成第二电流参考值，进而调整电机的电流输出。可以控制电流环调节器根据第二转矩电流误差生成第二直轴电压分量，可以通过精确控制转矩电流误差调整电机输出的转矩。在接收到用于电流环控制的第三控制信号的情况下，可以通过控制速度环调节器和电流环调节器生成第二直轴电压分量，进而根据第二直轴电压分量控制电机，可以实现电机更精确的速度控制和电流控制。在接收到第三控制信号的情况下，可以控制电流环调节器根据第三转矩电流误差生成第三直轴电压分量，可以通过精确控制转矩电流误差调整电机输出的转矩，从而可以实现更精确电流控制。在接收到不同的控制信号的情况下，可以灵活切换控制模式，控制模式包括电流环控制模式、电流环和速度环控制模式以及电流环、速度环和位置环控制模式，可以提高电机控制的灵活性，可以使电机适用于不同的应用场景，另外，由于FPGA的可编程性，可以允许根据不同的控制信号重新配置硬件逻辑，可以提高系统的灵活性。
[0119] 在一些实施例中，FPGA通过逆变电路连接电机，请参阅图3，图3是本申请实施例公开的另一种电机控制方法的流程示意图。如图3所示，该电机控制方法可以包括以下步骤。
[0120] 逆变电路可以根据接收到的FPGA确定的基本电压矢量的作用时间来来生成相应的电流和电压波形以驱动电机，并向FPGA发送电机的反馈信号，可以实现对电机的高精度控制。
[0121] 逆变电路可以是三相逆变器，也可以是其他将直流电源转换为适合电机操作的交流电源，并根据控制信号来生成相应的电压和电流波形的电路或器件。
[0122] 301、在接收到来自上位机用于位置环、速度环和电流环控制的第一控制信号的情况下，控制位置环调节器根据电机的位置误差生成第一速度参考值，控制速度环调节器根据第一速度误差生成第一电流参考值，控制电流环调节器根据第一转矩电流误差生成第一直轴电压分量，根据第一直轴电压分量控制电机。
[0123] 其中，步骤301的详细描述可以参考步骤101。
[0124] 302、在接收到来自上位机用于速度环和电流环控制的第二控制信号的情况下，控制速度环调节器根据第二速度误差生成第二电流参考值，控制电流环调节器根据第二转矩电流误差生成第二直轴电压分量，根据第二直轴电压分量控制电机。
[0125] 其中，步骤302的详细描述可以参考步骤102。
[0126] 303、在接收到来自上位机用于电流环控制的第三控制信号的情况下，控制电流环调节器根据第三转矩电流误差生成第三直轴电压分量，根据第三直轴电压分量控制电机。
[0127] 其中，步骤303的详细描述可以参考步骤103。
[0128] 304、控制逆变电路根据第一参考电压矢量、第二参考电压矢量或第三参考电压矢量生成脉宽调制PWM控制信号，PWM控制信号用于控制电机。
[0129] FPGA可以通过逆变电路连接电机，可以根据第一参考电压矢量、第二参考电压矢量或第三参考电压矢量生成基本电压矢量的作用时间。
[0130] 可以通过空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)根据参考矢量电压确定基本电压矢量的作用时间。
[0131] 可以控制逆变电路根据基本电压矢量的作用时间生成脉宽调制PWM控制信号，PWM控制信号用于控制电机。
[0132] 在一些实施例中，在得到第一参考电压矢量的情况下，可以根据第一参考电压矢量生成第一基本电压矢量的作用时间，可以控制逆变电路根据第一基本电压矢量的作用时间生成第一脉宽调制PWM控制信号，第一脉宽调制PWM控制信号用于控制电机。
[0133] 在一些实施例中，在得到第二参考电压矢量的情况下，可以根据第二参考电压矢量生成第二基本电压矢量的作用时间，可以控制逆变电路根据第二基本电压矢量的作用时间生成第二PWM控制信号，第二PWM控制信号用于控制电机。
[0134] 在一些实施例中，在得到第三参考电压矢量的情况下，可以根据第三参考电压矢量生成第三基本电压矢量的作用时间，可以控制逆变电路根据第三基本电压矢量的作用时间生成第三PWM控制信号，第三PWM控制信号用于控制电机。
[0135] 在一些实施例中，可以根据第一公式确定基本电压矢量在第一扇区的第一作用时间，第一公式为：
[0136]
[0137] 其中，T1表示基本电压矢量在第一扇区的第一作用时间，Ts表示采样周期，Udc表示电机的母线电压， Uα表示直轴电压分量，Uβ表示交轴电压分量。
[0138] 可以根据第二公式确定基本电压矢量在第一扇区的第二作用时间，第二公式为：
[0139]
[0140] 其中，T2表示基本电压矢量在第一扇区的第二作用时间，Ts表示采样周期，Udc表示电机的母线电压，U1＝Uβ。
[0141] 在一些实施例中，可以根据第三公式确定基本电压矢量在第二扇区的第一作用时间，第三公式为：
[0142]
[0143] 其中，T3表示基本电压矢量在第二扇区的第一作用时间。
[0144] 可以根据第四公式确定基本电压矢量在第二扇区的第二作用时间，第四公式为：
[0145]
[0146] 其中，T4表示基本电压矢量在第二扇区的第二作用时间，
[0147] 在一些实施例中，可以根据第五公式确定基本电压矢量在第三扇区的第一作用时间，第五公式为：
[0148]
[0149] 其中，T5表示基本电压矢量在第三扇区的第一作用时间。
[0150] 可以根据第六公式确定基本电压矢量在第三扇区的第二作用时间，第六公式为：
[0151]
[0152] 其中，T6表示基本电压矢量在第三扇区的第二作用时间。
[0153] 在一些实施例中，可以根据第七公式确定基本电压矢量在第四扇区的第一作用时间，第七公式为：
[0154]
[0155] 其中，T7表示基本电压矢量在第二扇区的第一作用时间。
[0156] 可以根据第八公式确定基本电压矢量在第四扇区的第二作用时间，第六公式为：
[0157]
[0158] 其中，T8表示基本电压矢量在第四扇区的第二作用时间。
[0159] 在一些实施例中，可以根据第九公式确定基本电压矢量在第五扇区的第一作用时间，第九公式为：
[0160]
[0161] 其中，T9表示基本电压矢量在第五扇区的第一作用时间。
[0162] 可以根据第十公式确定基本电压矢量在第五扇区的第二作用时间，第十公式为：
[0163]
[0164] 其中，T10表示基本电压矢量在第四扇区的第二作用时间。
[0165] 在一些实施例中，可以根据第十一公式确定基本电压矢量在第六扇区的第一作用时间，第十一公式为：
[0166]
[0167] 其中，T11表示基本电压矢量在第六扇区的第一作用时间。
[0168] 可以根据第十二公式确定基本电压矢量在第六扇区的第二作用时间，第十二公式为：
[0169]
[0170] 其中，T12表示基本电压矢量在第六扇区的第二作用时间。
[0171] 上述公式在基本电压矢量作用时间的公式基础上，以Udc为基准对作用时间公式进行标幺化处理，充分利用两相电压矢量(Uα和Uβ)便可以计算出电压矢量作用时间，可以避免公式中的空间角度以及三角函数运算，简化了算法程序，节省了硬件资源。
[0172] 在一些实施例中，可以控制逆变电路根据基本电压矢量的作用时间生成PWM控制信号。基本电压矢量的作用时间不同，生成的PWM控制信号也不相同，根据不同的基本电压矢量的作用时间不同，逆变电路可以生成用于电流环控制的PWM控制信号、用于速度环和电流环控制的PWM控制信号以及用于位置环、速度环和电流环的PWM控制信号。
[0173] 在控制信号为用于位置环、速度环和电流环控制的第一控制信号的情况下，可以控制逆变电路根据第一基本电压矢量的作用时间电流环、速度环和位置环控制的第一PWM控制信号。在控制信号为用于速度环和电流环控制的第二控制信号的情况下，可以控制逆变电路根据第二基本电压矢量的作用时间生成用于电流环和速度环控制的第二PWM控制信号。在控制信号为用于电流环控制的第三控制信号的情况下，可以控制逆变电路根据第三基本电压矢量的作用时间生成用于电流环控制的第三PWM控制信号。
[0174] 请参阅图4，图4是本申请实施例公开的一种现场可编程门阵列FPGA的结构示意图。如图4所示，该FPGA可以包括控制模块401、位置环调节器402、速度环调节器403和电流环调节器404。
[0175] 控制模块401用于在接收到用于位置环、速度环和电流环控制的第一控制信号的情况下，控制位置环调节器402根据电机的位置误差生成第一速度参考值，控制速度环调节器403根据第一速度误差生成第一电流参考值，控制电流环调节器404根据第一转矩电流误差生成第一直轴电压分量，根据第一直轴电压分量控制电机，位置误差为电机的转子位置和预设转子位置的差值，第一速度误差为电机的速度和第一速度参考值的差值，第一转矩电流误差为电机的转矩电流和第一电流参考值的差值；
[0176] 控制模块401还用于在接收到用于速度环和电流环控制的第二控制信号的情况下，控制速度环调节器403根据第二速度误差生成第二电流参考值，控制电流环调节器404根据第二转矩电流误差生成第二直轴电压分量，根据第二直轴电压分量控制电机，第二速度误差为电机的速度和预设电机速度的差值，第二转矩电流误差为电机的转矩电流和第二电流参考值的差值；
[0177] 控制模块401还用于在接收到用于电流环控制的第三控制信号的情况下，控制电流环调节器404根据第三转矩电流误差生成第三直轴电压分量，根据第三直轴电压分量控制电机，第三转矩电流误差为电机的转矩电流和预设转矩电流的差值。
[0178] 在一些实施例中，控制模块401还用于控制电流环调节器404根据第一磁通电流误差生成第一交轴电压分量，第一磁通电流误差为电机的磁通电流和预设磁通电流的差值；对第一直轴电压分量和第一交轴电压分量进行逆派克变换处理，得到第一参考电压矢量；
根据第一参考电压矢量控制电机。
[0179] 在一些实施例中，控制模块401还用于控制电流环调节器404根据第二磁通电流误差生成第二交轴电压分量，第二磁通电流误差为电机的磁通电流和预设磁通电流的差值；对第二直轴电压分量和第二交轴电压分量进行逆派克变换处理，得到第二参考电压矢量；
根据第二参考电压矢量控制电机。
[0180] 在一些实施例中，控制模块401还用于控制电流环调节器404根据第三磁通电流误差生成第三交轴电压分量，第三磁通电流误差为电机的磁通电流和预设磁通电流的差值；对第三直轴电压分量和第三交轴电压分量进行逆派克变换处理，得到第三参考电压矢量；
根据第三参考电压矢量控制电机。
[0181] 在一些实施例中，FPGA还包括解码模块，控制模块401，还用于控制解码模块对电机的编码器反馈的脉冲信号进行四倍频处理，获得第一脉冲信号，根据第一脉冲信号确定电机的转子位置和电机的速度。
[0182] 在一些实施例中，控制模块401还用于在电机的速度大于预设转速的情况下，通过定时测角法根据第一脉冲信号确定电机的速度；在电机的速度不大于预设转速的情况下，通过定角测时法根据第一脉冲信号确定电机的速度。
[0183] 在一些实施例中，控制模块401还用于控制解码模块根据编码器获取的脉冲数确定电机的速度。
[0184] 在一些实施例中，FPGA还包括系统时钟，控制模块401还用于控制解码模块根据系统时钟获取的脉冲数确定电机的速度。
[0185] 在一些实施例中，FPGA通过逆变电路连接电机，控制模块401还用于控制逆变电路根据第一参考电压矢量、第二参考电压矢量或第三参考电压矢量生成脉宽调制PWM控制信号，PWM控制信号用于控制电机。
[0186] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的FPGA、控制模块401、位置环调节器402、速度环调节器403和电流环调节器404的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程以及发明内容中的第二方面的内容，在此不再赘述。
[0187] 在本申请所提供的几个实施例中，模块和/或单元相互之间的耦合可以是电性，机械或其它形式的耦合。
[0188] 另外，在本申请各个实施例中的各功能模块和/或单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块和/或单元单独物理存在，也可以两个或两个以上模块和/或单元集成在一个单元中。上述集成的模块和/或单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能的形式实现。
[0189] 在一些实施例中，可以控制FPGA接收采样电路反馈的采样电流。采样电路可以是型号为AD706的数模转换器，采样电路可以将检测到的电机反馈信号中的三相电流模拟值转换为数字值，并传输至FPGA中进行运算。
[0190] FPGA还可以包括逆派克变换模块、空间矢量调制模块、派克变化模块、克拉克变换以及解码模块。
[0191] 采样电路可以获取电机的采样电流，克拉克变换可以对采样电流进行克拉克变换，将采样电流由三相静止坐标系到两相静止坐标系，变换前后的磁动势保持不变，然后输出给派克变化模块；派克变化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，为电流环调节器提供电机的磁通电流和电机的转矩电流，电流环调节器可以消除或者降低电流误差值，逆派克变换模块可以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，得到参考电压矢量。
[0192] 请参阅图5，图5是本申请实施例公开的一种电机控制系统的结构示意图。如图5所示，电机控制系统包括上位机50、上述现场可编程门阵列FPGA、采样电路(图中未示出)和逆变电路509，FPGA可以包括位置环调节器501、速度环调节器502、电流环调节器503、逆派克变换模块504、空间矢量调制模块505、派克变化模块506、克拉克变换模块507以及解码模块508。
[0193] 采样电路可以获取电机的采样电流，克拉克变换模块507可以对采样电流进行克拉克变换，将采样电流由三相静止坐标系到两相静止坐标系，之后输出给派克变换模块506；派克变换模块506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，为电流环调节器503提供电机的磁通电流和电机的转矩电流，电流环调节器503可以根据电机的磁通电流和电机的转矩电流输出两相旋转坐标系下的直流电流，逆派克变换模块
504可以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，得到参考电压矢量，空间矢量调制模块505可以根据参考矢量电压确定基本电压矢量的作用时间，逆变电路509可以根据基本电压矢量的作用时间生成脉宽调制PWM控制信号，PWM控制信号用于控制电机。
[0194] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
