基于FPGA的直流无刷电机无位置传感器控制系统设计研究

发布时间：2020-06-03 20:03

【摘要】：直流无刷电动机(BLDCM)因其调速性能好、结构简单等优势被广泛应用于工业自动化、办公自动化和家居自动化等领域中。但转矩脉动和控制系统稳定性一直是直流无刷电机最突出的问题,本论文针对上述问题提出一种基于FPGA的直流无刷电机控制系统,有效的抑制了转矩脉动并提高系统的稳定性。本论文首先利用MATLAB软件的Simulink仿真功能构造出直流无刷电机本体的仿真模块及其他功能模块,并完成采用反电动势过零点检测法对电机转子位置估算方法的实验仿真。针对传统的PI控制算法存在的稳定性与可靠性差、控制效果不佳等问题,提出一种基于模糊控制算法的转速控制策略,根据PI参数与转速偏差变化率之间的关系对转速环参数进行实时在线调节。将模糊PI控制算法与传统PI控制算法进行仿真对比,从而验证所提算法的有效性。当系统采用DSP作为主控制器芯片时,常常会出现程序易跑飞、系统稳定性差等不良现象。针对上述问题,本文设计一种基于FPGA的直流无刷电机控制系统,并完成系统硬件电路的设计。这其中主要包括FPGA主控制驱动电路、反电动势检测电路、电流检测电路、电源电路和复位电路等等。利用Verilog硬件描述语言进行系统软件程序的编写,并在仿真软件平台上完成时序验证,检验程序代码的正确性。本文采用一种基于PWM_ON_PWM的调制方式,并通过仿真波形验证算法的适用性。最后利用搭建的直流无刷电动机控制系统实验平台进行结果验证,实验结果表明基于FPGA的直流无刷电动机控制系统动态性能很好,运行可靠,达到预期实验要求。所提出的模糊算法PI调节器比较于传统的PI调节器有着更好的调速性能;通过实验结果观测电机转矩波形,发现PWM_ON_PWM调制方式对转矩脉动有着较好的抑制效果。
【图文】：

本体结构,电机

图 2-2 电机本体结构Fig. 2-2 Motor body structure检测电路动机需要获取转子位置信息来实现电位置检测电路来获取的，所以说转子部分。系统必须实时对电机转子位置信号指令，系统中枢控制驱动电路中检测转子位置信息的方法有有位置传各有利弊，需要根据实际工作环境来磁直流无刷电动机的位置传感器主要述如下：器是利用光电效应原理进行工作的，，传感器件，转子上装有能够跟随转子板的作用，定子上的光敏器件将会按检测转子磁极的位置，但是这种方法

换相电路,电子

也相继提出了多种检测方法，其中主要包测法、续流二极管法、反电动势三次谐波检测法、电感的就是技术最为成熟、应用较为广泛的反电动势过零点其中还存在着不足之处，这也是今后研究的主要方向，定。流无刷电机系统的电子换相电路刷电机系统的电子换相电路为功率开关元器件（如 GTR构成的桥式电路用以连接电动机的绕组，用以接通或者断利换相，如图 2-3 所示。常见的电子换相电路为三相六电路。顾名思义，两两导通是指电机系统任意通电时刻过电流，剩下一相绕组是没有电流通过的，相当于处在周期内，桥式电路中上桥臂和下桥臂中各有一个功率开组会正向导通 120°电角度，随后立即反向截止 60°电 120°电角度，再截止 60°电角度，所以常常被称为三相。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM33

【参考文献】