[實用新型]一種基于FPGA全數字無刷直流電機啟?？刂葡到y

有效

• 申請號: 201721251098.3
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN207283445U
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 溫嘉斌;趙紅陽;葛佳航;姜彪;劉子寧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02P6/20
• 分類號: H02P6/20;H02P6/15
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 陳潤明

技術領域

本實用新型涉及電機控制領域，具體而言，涉及一種基于FPGA全數字無刷直流電機啟?？刂葡到y。

背景技術

無刷電機與電子技術、微電子技術、數字技術、自控技術以及材料科學等學科的發展是緊密相連的。無刷直流電機的調速問題成為當今的熱點，完善的調速系統必須包含合理的控制器，在無刷直流電機控制器方面，DSP和MCU雖然擁有成本低廉、結構簡單等優點，但其程序跑飛、運行不穩定等問題日趨嚴重，很難適應一些高精度和高難度的復雜場所對控制器適應能力的要求。

帶有位置傳感器的無刷直流電機會帶來諸多不利因素，如短電機壽命，增大電機體積，增加電機成本，無法應用于某些特殊環境等，如何使無刷直流電機更高效是目前急需解決的。

無刷直流電機啟動響應速度偏慢，啟動有轉矩脈動，等待運行平穩時間長等缺點，對于需要高精度的場合和環境還需要改善其啟動特性

發明內容

本實用新型的主要目的在于提供一種基于FPGA全數字無刷直流電機啟?？刂葡到y，以解決無刷直流電機啟動響應速度偏慢，啟動有轉矩脈動，等待運行平穩時間長等缺點，能夠適應高精度和高難度的復雜場所的啟動特性。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種基于FPGA全數字無刷直流電機啟停控制系統，包括FPGA芯片、驅動電路、多路數模轉換采樣電路以及無刷直流電機；所述FPGA 芯片包括啟動模塊、反電勢過零檢測模塊、濾波模塊、PWM調制及換向模塊、轉速模糊 PI調節模塊、電流模糊PI調節模塊以及轉速計算模塊；所述啟動模塊用于快速啟動無刷直流電機；所述濾波模塊包括換向信號上升沿檢測模塊和延時模塊；所述換向信號上升沿檢測模塊用于檢測識別輸入的換向信號；所述延時模塊用于對換向信號上升沿檢測模塊檢測后的換向信號進行濾波；所述轉速計算模塊包括計數子模塊和計算子模塊；所述計數子模塊用于對換向信號進行計數；所述計算子模塊用于將計數子模塊的輸出值進行運算，從而輸出轉速值。

進一步地，所述啟動模塊通過霍爾信號記錄無刷直流電機的轉子位置。

進一步地，所述轉速模糊PI調節模塊還包含三個子模塊，分別為誤差形成子模塊、模糊推理子模塊以及PI整定子模塊；所述誤差形成子模塊用于計算轉速誤差和轉速誤差的變化率；所述模糊推理子模塊用于確定比例因子和積分因子；所述PI整定子模塊用于根據PI 控制算法進行計算。

進一步地，PWM調制及換向模塊還包括四個子模塊，分別為鋸齒波子模塊、換向子模塊、分頻子模塊以及PWM子模塊；所述鋸齒波子模塊用計數器來進行表示，規定幅值后，計數器開始計數，到達幅值后則立即變為零；所述換向子模塊用于確定功率管的導通順序。

進一步地，所述換向子模塊根據反電動勢過零點信號來確定功率管的導通順序。

進一步地，PWM的頻率取決于鋸齒波的頻率。

進一步地，鋸齒波的頻率設定為17.5KHz。

進一步地，所述FPGA芯片的型號為XC6SLX16。

綜上，本實用新型提供了一種基于FPGA全數字無刷直流電機啟停控制系統，包括 FPGA芯片、驅動電路、多路數模轉換采樣電路以及無刷直流電機；所述FPGA芯片包括啟動模塊、反電勢過零檢測模塊、濾波模塊、PWM調制及換向模塊、轉速模糊PI調節模塊、電流模糊PI調節模塊以及轉速計算模塊；所述啟動模塊用于快速啟動無刷直流電機；所述濾波模塊包括換向信號上升沿檢測模塊和延時模塊；所述換向信號上升沿檢測模塊用于檢測識別輸入的換向信號；所述延時模塊用于對換向信號上升沿檢測模塊檢測后的換向信號進行濾波；所述轉速計算模塊包括計數子模塊和計算子模塊；所述計數子模塊用于對換向信號進行計數；所述計算子模塊用于將計數子模塊的輸出值進行運算，從而輸出轉速值。本實用新型能夠解決無刷直流電機啟動響應速度偏慢，啟動有轉矩脈動，等待運行平穩時間長等缺點，能夠適應高精度和高難度的復雜場所的啟動特性。

本實用新型的有益效果為：

1、該系統采用FPGA芯片中包括的啟動模塊記錄前一次使用電機停止時的轉子位置，根據轉子位置計算出結果并提供給PWM調制及換向模塊，處理后發送至驅動電路，從而實現快速啟動無刷直流電機的功能；，從而能夠減小電機啟動時間，盡快達到穩定；

2、該系統結合FPGA采用無位置傳感器測量轉子位置，減小了電機的成本和體積，不易受外界干擾，增強了系統的可靠性；

3、該系統利用FPGA的優勢初步解決了傳統控制器抗干擾性差、運算速度慢等問題，在快速響應性及穩態精度上具有較大改進。

附圖說明