Разработка высокопроизводительного привода PMSM для электротранспорта с EKF и HFI на базе Xilinx Zynq-7020

Аппаратная платформа

Разработан интеллектуальный привод для PMSM двигателей электротранспорта, обеспечивающий высокую точность управления во всём диапазоне скоростей, включая нулевую скорость, за счёт комбинации EKF и HFI алгоритмов, реализованных с аппаратным ускорением на FPGA.

Архитектура системы

Гетерогенная архитектура:

• ARM Cortex-A9 (PS) — высокоуровневая логика и коммуникации
• FPGA (PL) — real-time ускорение алгоритмов управления

Платформа управления

• SoC: Xilinx Zynq-7020

Разделение задач:
PS (Processing System):

• управление состояниями системы
• коммуникации (CAN/Ethernet)
• диагностика

PL (Programmable Logic):

• fast current loop (десятки кГц)
• Clarke/Park преобразования
• DPWM/SVPWM генерация
• аппаратная реализация EKF и HFI

Силовая часть

• Топология: 3-фазный инвертор (SiC / IGBT)
• Мощность: 20–150 кВт
• DC шина: 300–800 В

Особенности:

• Высокая частота переключение
• Оптимизация под тяговые циклы
• Поддержка рекуперации

Управляемые двигатели

• PMSM (interior / surface mounted)

Коммуникации

• CAN/CAN FD
• Ethernet (диагностика/OTA)

Программное обеспечение
PS (ARM Cortex-A9)

• Embedded Linux / RTOS (опционально)
• Middleware для управления системой
• Диагностика и логирование

PL (FPGA, Verilog)

Аппаратные блоки:

• Clarke / Park
• обратные преобразования
• SVPWM
• фильтрация сигналов
• EKF, HFI

Ключевые алгоритмы
EKF (Extended Kalman Filter)

• Оценка: положения ротора, скорости, потокосцепления
• Преимущества: высокая точность, устойчивость к шумам, адаптация к параметрам двигателя

HFI (High-Frequency Injection)

• Работа на низких и нулевых скоростях
• Определение положения ротора через высокочастотную инжекцию

Гибридный режим EKF + HFI

• HFI — старт и низкие скорости
• EKF — средние и высокие скорости
• Плавное переключение между режимами

FPGA-ускорение

• Параллельное выполнение вычислений
• Детерминированная задержка
• Минимальный jitter
• Критично для высокодинамичных приводов электротранспорта