基于sopc技术的无刷电机控制器设计与实现

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1、电气传动2009年第39卷第2期ELECTRICDRIVE2009Vo1．39No．2基于SOPC技术的无刷电机控制器设计与实现綦慧，刘庆强(北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京100022)摘要：介绍了直流无刷电机的工作原理和控制方式，并提出了一种基于SOPC技术无刷电机控制器设计方案，由于采用了SOPC技术，使得CPU、无刷机换向和PWM波发生单元、数据采集单元等外设都集成在一片FPGA上，提高了系统集成度和抗干扰性，并使得系统的升级更加容易。实验表明，基于SOPC技术的无刷机控制系统稳态和动态性能良好，达到了

2、一般伺服系统的性能要求。关键词：直流无刷电机；现场可编程门阵列(FPGA)；可编程片上系统(S0PC)；伺服系统中图分类号：TP23文献标识码：ADesignandImplementationofBrushlessMotorControlBasedonSOPCQIHui，LIUQing—qiang(CollegeofElectronicIn}formationandControlEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100022，China)Abstract：

3、TheworkingprincipleandcontrolmodewaspresentedandakindofdesignofBLDCcontrollerbasedOnSOPCwasgiven．AndCPU，BLDCM(brushlessDCmotor)switching，PWMgenerator，dataacqui—sitionmoduleareintegratedinasingleFPGAchipbythisdesignwhichimprovestheintegrationandanti—jam—mingandma

4、kesthesystemeasytOpromote．TheexperimentprovesthatthesteadyanddynamicperformanceofBLDCMcontrollerbasedonSOPCisgoodandachievestherequirementofservo—system．Keywords：brushlessDCmotor；fieldprogrammablegatearray(FPGA)；systemonprogrammablechip(SOPC)；servo-system机，一个完整的

5、无刷直流电机控制系统由电动1引言机本体、转子位置传感器和电子开关电路3部无刷直流电机利用电子换向器取代了机械电分组成。无刷直流电机一般通过3个位置传感刷和机械换向器，不仅保留了直流电机的优点，而器检测转子磁极位置，根据检测到的位置信息且又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方按一定顺序驱动三相桥式逆变器中的开关管关便等优点，因而得到了广泛应用。本文介绍了一断，由此获得与转子永磁体同步的旋转磁场，使种基于FPGA单芯片系统(SOPC)的直流无刷转子得以连续运行。本设计中的无刷电机是一电机(BLDCM)运动控制器的设计，

6、在一片FP—台额定功率为300W，最高转速3000r／min的无GA中将微处理器、专用硬件算法单元、专用波刷电机，根据电机本身的特性，制作了无刷电机形发生单元和信号采集处理单元都集成于单芯换向控制表，图1为电机正转三相方波信号由片上，使之成为一个完全集成化的运动控制电子换向器实现6阶梯波形图。其中H，Hz，系统。H。为三相霍尔信号，相对应的PWM～PWMs为逆变器开关管的关断信号，图1中开关管信2无刷电机控制原理号每60。(电角度)进行一次换向，共分为6个无刷直流电机是一种典型的机电一体化电状态。基金项目：北京市教委重

7、点资助项目(05002011200503)作者简介：綦慧(1971一)，女，博士，副教授，Email：qihui@bjut．edu．cn20綦慧，等：基于SOPC技术的无刷电机控制器设计与实现电气传动2009年第39卷第2期系统采用了转速和电流的双闭环的控制策略，以HlHlMicroBlaze处理器为控制核心，包括PWM波产H，生和换向控制模块、AD控制器和测速模块等主PWlVlI要外设，并且外扩了CAN通讯模块，使系统具备PWM了网络通讯的功能。PWM,PWM。4FPGA片上系统各模块实现P伟配PWM。4．1PWM波

8、发生和换向控制设计状态①60②12o③10④2。6oPWM调制方式分为定宽调频、调宽调频和电角度定频调宽3种，在本系统中考虑到应用中的灵活图1三相位置信号转换的6阶梯波形图性，选用PWM调宽调频的方法。图3为PWMFig．16-ladderwavef0mconvenedby3-phasepositionsignals产生和换向控制