基于fpga无位置无刷直流电机控制系统设计

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1、工业控制与应用自动化技术与应用20I1年第30卷第2期ndustrvControIandApplications基于FPGA的无位置无刷直流电机控制系统设计徐俊，宋蛰存(东北林业大学机电工程学院自动化教研室，黑龙江哈尔滨150040)摘要：科{姒反电动势过零检测法，利用IPGA的硬件逻辑资源，构建了一种无位置无直流电机实时控制系统，井n详卸I阐述了神经元自适应PSI)在电流环调节的用。试验结果验证_r系统的可行性，具有良好的动态性能和鲁捧性。关键词：九俯置丸制卣流电机；PSD控制器；反电动势过零检测；FPGA【}1罔分类号：TM921．1艾献标识码：B文章编号：1003724i(2011)0

2、2000904TheDesignofSensorlessBLDCMControlSystemBasedonFPGAXUJun．SONGZhe-cun(MechanicalandElectricalEngineeringInstituteofNortheastForestryUniversity，Harbin150040China)Abstract：Accordingtotheback—EMFmethodandtheusingofFPGA’Shardwarelogicresources．thispaperbuildasensorlessbrushlessDCmotor(BLDCM)real—t

3、imecontrolsystem，andcontrollingmethodofcurrentloopwithsingleneuronadaptivePSDcontrollerisdiscussedindetail．Withgooddynamicperformanceandrobustness，theresultsdemonstratethefeasibilityofthecontrolsystem．Keyword：thesensorlessBLDCM；adaptivePSD；back—EMF；FPGA1引言EP3C16作为主控芯片，利用其强大的可编程内部逻辑无刷直流电动机(BLDCM)是近年

4、来随着微处理器技资源灵活的实现各种逻辑功能。同时加以单神经元自术、新型电力电子器件、新型控制理论的发展而兴起的适应PSD控制算法，使整个电机控制系统达到快速性和一种新型直流电机。因其优越的性而被广泛的应用于稳定性的要求。各个领域。但是传统的BLDCM需要一个附加的位置传感器来控制转子的位置，这就增加了电机的制造和维护2系统控制方案成本，而且当电机的工作环境较为恶劣时，会直接影响无刷直流电机调速系统原理结构框图如图1所示，电机的可靠性和运行性能。因此无位置传感器控制成其由逆变器换相环、转速调节环和电流调节环组成。逆为BLDCM研究的一个重要内容1Jl51。变器换相环根据估测出的电机转子位置信号

5、，控制逆变目前，针对其位置检测，国内外学者提出了许多方器换相，使得供电频率与转子转速同步，以实现自控变法，其中反电动势过零检测法以其简单易于实现的特点频的功能。转速调节环和电流调节环组成了转速、电流而应用广泛，但这种检测方法本身存在着低速测量不准双闭环控制器，它能够根据给定转速和实测转速间的误确、无法自启动等不可避免的缺点。基于这些影响，本差以及转速调节器生成的给定电流和反馈电流间的误文提出了一种无位置无刷电机控制系统的FPGA实现差，控制逆变器输出电压的占空比，从而调节加在无刷[21。本控制系统使用Altera公司CycloneIII系列中的直流电机定子上的电压，使得电机以最优的轨迹无静差

6、地跟随给定转速。收稿日期：2010—10—29(自动术与应用》2011年第30卷第2期工业}空带lJ与应用地电压。u、u6、u分别为A、B、C三相绕组端点对地的电压。求出e后就可以方便地判断出其过零点，延迟30相位角，就得到了最佳地换相时刻。此外，当换相时刻发生时，关断相的端电压将会剧烈变化，直到续流电流变为零。所以为了避免错误检测反电势的过零信号，还需加一个延迟环节『3】，在换相时刻’图1控制系统框图停止对反电势估算，以此来消除端电压剧烈变化所带来2．1反电势过零检测算法的不利影响。反电势过零检测算法的一个缺点就是当电机静止直流无刷电机启动后，转子磁极产生的磁通切割定子绕组产生反电势E，其

7、大小正比于电机的转速及气隙或转速较低时，系统无法采用反电势过零检测法来进行换相，因此，电机的启动必须引入一个开环的升压升频磁场B。当转子极性改变时，反电势波形的正负也随着改变。所以只要测出反电势波形的过零点，就可以确定模块，来产生平缓的换相频率和加速电压。目前最常用转子的精确位置，并以此来控制电机的换相。无刷直流的升压升频的算法是(，力函数发生法，即在控制器中存储多个平滑的(，力函数点，并将它们连续地输出。在