基于FPGA的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、無(wú)刷直流電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度大、調(diào)速性能優(yōu)異，低噪音等特點(diǎn)廣泛用于高效電力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。但是，無(wú)刷電機(jī)用電子換向器取代機(jī)械電刷的結(jié)構(gòu)給控制器的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多困難和挑戰(zhàn)。首先，換向過(guò)程的電流波動(dòng)容易引起芯片工作異常，控制系統(tǒng)不穩(wěn)定；其次，隨著控制策略的復(fù)雜化，系統(tǒng)閉環(huán)控制周期變長(zhǎng)，控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性降低；再次，電子換向器換向驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)不可避免會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使得無(wú)刷直流電機(jī)難以得到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩輸出，控制系統(tǒng)控制精度降低。上述問題嚴(yán)重阻礙了無(wú)

2、刷直流電機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程，特別是限制了其在機(jī)器人控制、航空航天等高精度領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　為了解決實(shí)驗(yàn)室仿人機(jī)器人項(xiàng)目中的盤式無(wú)刷直流關(guān)節(jié)電機(jī)的控制問題，本文基于FPGA技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種高性能的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。本文首先從無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)出發(fā)，重點(diǎn)分析了無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制難題的原因并提出了優(yōu)化控制策略；然后，借助Simulink仿真平臺(tái)，驗(yàn)證優(yōu)化抑制策略的有效性；接下來(lái)，基于FPGA技術(shù)，完成了高精度無(wú)刷電機(jī)控制邏輯的設(shè)計(jì)；最后

3、，在滿足機(jī)器人控制的基礎(chǔ)上介紹無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
　　無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要可以分為換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，本文針對(duì)不同時(shí)期產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分別加以抑制。換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要是因?yàn)閿嚅_相電流減小和導(dǎo)通相電流增加的速率不一致造成，通過(guò)在換向過(guò)程中有針對(duì)性的調(diào)制PWM占空比，使整個(gè)換向過(guò)程滿足斷開相電流減小和導(dǎo)通相電流增加的速率保持一致，從而抑制換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；非換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要是由非導(dǎo)通相續(xù)流引起，通過(guò)研究非導(dǎo)通相續(xù)流產(chǎn)生的條件，

4、在轉(zhuǎn)子處于不同位置時(shí)采用合適的PWM調(diào)制方式以破壞續(xù)流條件，達(dá)到抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目的。綜合兩種抑制算法，抑制無(wú)刷直流電機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。控制系統(tǒng)以FPGA為核心，以硬件邏輯的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷電機(jī)的控制，大大縮短了控制系統(tǒng)的控制周期，提高了系統(tǒng)抗干擾的能力。系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用電氣隔離驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　通過(guò)在Simulink中搭建無(wú)刷電機(jī)的仿真系統(tǒng)模型，針對(duì)非換向過(guò)程和換向過(guò)程產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因制定相應(yīng)的抑制