基于FPGA的直流无刷电机无位置传感器控制系统设计研究

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1、工学硕士学位论文基于FPGA的直流无刷电机无位置传感器控制系统设计研究葛佳航哈尔滨理工大学2018年6月国内图书分类号：TM301工学硕士学位论文基于FPGA的直流无刷电机无位置传感器控制系统设计研究硕士研究生：葛佳航导师：温嘉斌申请学位级别：工学硕士学科、专业：电机与电器所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TM301DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDesignandResearchofSensorlessControlSystemofBLDCMotorBase

2、donFPGACandidate：GeJiahangSupervisor：WenJiabinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MotorandElectricalSpecialtyDateofOralExamination：June，2018University：HarbinUniversityofScienceandTechnology基于FPGA的直流无刷电机无位置传感器控制系统设计研究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

3、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

4、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

5、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。关键词直流无刷电动机；FPGA；模糊PI调节器；转矩脉动-I-DesignandResearchofSensorlessControlSystemofBLDCMotorBasedonFPGAAbstractBrushlessDCmotors(BLDCMs)arewidelyusedinindustrialautomation,officeautomationandhomeautomationfortheiradvantagesofgoodspeedregu

6、lationandsimplestructure.However,thetorquerippleandthecontrolsystemstabilityhavealwaysbeentheoutstandingproblemsofbrushlessDCmotors.Inthisdissertation,anFPGA-basedbrushlessDCmotorcontrolsystemisproposedtosolvetheaboveproblems,whichcaneffectivelyrestrainthetorquerippleandimprovethestabilityofthesys

7、tem.Inthethesis,thesimulationmoduleandotherfunctionalmodulesofbrushlessDCmotorareconstructedbyusingSimulinksimulationfunctionofMATLABsoftwareatfirst,andtheexperimentalsimulationoftherotorpositionestimationmethodb