基于FPGA的全數(shù)字無刷直流電機控制系統(tǒng)研究.pdf

1、無刷直流電機利用電子換相裝置取代機械換向器，既具有直流電動機的調(diào)速性能，又具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點，而且體積小、效率高。因此，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的運用，特別是在高性能的伺服驅(qū)動領(lǐng)域，如航天器姿態(tài)控制、機器人等對電機控制器性能要求高的場合。在這些場合不但要求控制器體積小，還要對多臺電機并行控制，采用單片機、DSP等數(shù)字處理器以軟件的方式實現(xiàn)往往速度慢、可靠性低，控制器性能難以滿足要求。而單芯片大容量現(xiàn)場可編程門陣列

2、（FPGA）的出現(xiàn)，使得在一片系統(tǒng)芯片上實現(xiàn)多臺電機的復(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刷直流電機的工作原理，并建立了無刷直流電機的數(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

3、的基礎(chǔ)上，本文提出了一種全數(shù)字化的無刷直流電動機速度控制器的數(shù)字硬件方案，并利用ALTERA公司的一片高端現(xiàn)場可編程門陣列Cyclone III FPGA芯片完成了電機控制器的設(shè)計、制作和調(diào)試，具體實現(xiàn)和驗證了該方案，并在此基礎(chǔ)上分析研究了利用此控制器對無刷直流電機進(jìn)行調(diào)速控制的方法。該方案綜合運用FPGA豐富的邏輯資源，針對電動機信號檢測和控制的特點，采用HDL硬件描述語言實現(xiàn)了PI調(diào)節(jié)模塊、濾波模塊、霍爾測速模塊、前饋補償模塊、PW