机械相控阵列天线采用螺旋天线作为辐射单元,微波波束的扫描控制需要通过机械转动螺旋天线以达到预定的辐射相位来实现。螺旋天线单元与电机等驱动设备相连,通过电机转动带动天线单元转动,从而实现辐射单元的相位控制。因此,用于驱动电机转动的电机伺服控制系统是相控阵列天线的重要组成部分。永磁同步电机具有功率密度高、体积小、效率高、惯性低、响应快等优点,采用永磁同步电机驱动螺旋天线转动可实现快速精确的单元相位控制。传统的永磁同步电机伺服控制系统采用三闭环控制策略,电流环作为其最内环,其动态响应和稳态响应能力直接影响着整个伺服控制系统的性能优劣。为了提高电流环性能、实现多轴电机并行控制,本文研究了一种基于电流预测控制的矢量控制方案,基于FPGA实现了多轴伺服控制系统。本文首先介绍了永磁同步电机伺服控制系统的研究意义,调研了国内外的研究现状,其次根据永磁同步电机的工作原理对永磁同步电机的数学模型和传统的矢量控制算法做了简要阐述,确定了id=0的控制策略。接着以提高电流环频响为目的,引入了永磁同步电机电流预测控制算法。为验证理论分析的有效性,基于MATLAB/Simulink平台搭建了双闭环永磁同步电机伺服控制系统,整体结构采用传统的矢量控制,其中电流环部分用无差拍预测控制器代替原有的PI控制器。仿真结果中,相比于PI控制器,在电流闭环上:无差拍电流预测控制器的q轴动态响应有明显提高,q轴稳态误差减小了5.4%;在速度闭环上:速度上升时间减小的同时其稳态误差稳态仅为PI控制器的1/5。仿真表明了与传统的矢量控制相比,引入无差拍电流预测控制能提高电流环频率响应。构建了永磁同步电机控制IP核,分别对控制算法中所需要的速度PI控制模块、电流预测控制模块、坐标变换模块、SVPWM模块、SPI模块、QEP模块、Cordic模块等进行设计和仿真。并搭建了2轴(多轴)SoPC伺服控制系统。最后对所设计的基于FPGA的多轴永磁同步电机伺服控制系统的控制性能进行了实验验证,包括准备实验、单轴电流闭环实验、单轴速度闭环实验和多轴联动实验。单轴测试表明:本文所设计的伺服控制系统实现了高控制频率下的速度环、电流环闭环控制,其中电流闭环的动态响应时间为7-8个控制周期,稳态误差为0.2A左右;当电机以600r/min、1200r/min、1800r/min的恒定速度转动时,速度闭环的上升时间为10ms、17ms、22.5ms,稳态误差分别为1%、0.91%、0.25%左右。整个系统能根据需要实时配置寄存器中各项参数,在多轴测试表明:各轴能独立接收NiosⅡ控制器的控制指令,并行完成所需功能。