基于FPGA的全數(shù)字無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、無(wú)刷直流電機(jī)利用電子換相裝置取代機(jī)械換向器，既具有直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，而且體積小、效率高。因此，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，特別是在高性能的伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，如航天器姿態(tài)控制、機(jī)器人等對(duì)電機(jī)控制器性能要求高的場(chǎng)合。在這些場(chǎng)合不但要求控制器體積小，還要對(duì)多臺(tái)電機(jī)并行控制，采用單片機(jī)、DSP等數(shù)字處理器以軟件的方式實(shí)現(xiàn)往往速度慢、可靠性低，控制器性能難以滿(mǎn)足要求。而單芯片大容量現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列

2、（FPGA）的出現(xiàn)，使得在一片系統(tǒng)芯片上實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的復(fù)雜控制功能成為可能，大大減小了控制系統(tǒng)的體積，使得這種控制系統(tǒng)在工業(yè)和民用甚至在伺服領(lǐng)域中都呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
　　 在這些背景下，本論文首先分析了無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理，并建立了無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，為新的控制方案提供了理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，本文詳細(xì)論述了的帶速度前饋的速度、電流雙閉環(huán)控制策略以及帶積分飽和抑制的PI控制算法。
　　 在比較了各種控制器優(yōu)缺點(diǎn)

3、的基礎(chǔ)上，本文提出了一種全數(shù)字化的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)速度控制器的數(shù)字硬件方案，并利用ALTERA公司的一片高端現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列Cyclone III FPGA芯片完成了電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試，具體實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證了該方案，并在此基礎(chǔ)上分析研究了利用此控制器對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的方法。該方案綜合運(yùn)用FPGA豐富的邏輯資源，針對(duì)電動(dòng)機(jī)信號(hào)檢測(cè)和控制的特點(diǎn)，采用HDL硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了PI調(diào)節(jié)模塊、濾波模塊、霍爾測(cè)速模塊、前饋補(bǔ)償模塊、PW