基于fpga与步进控制无刷直流电机伺服系统

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1、第48卷第8期电力电子技术Vo1．48．No．82014年8月PowerElectronicsAugust2014基于FPGA和步进控制的无刷直流电机伺服系统李金松，董砚，崔向宇，刘明(河北工业大学，控制科学与工程学院，天津300130)摘要：以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心器件，将交流步进控制理论应用于以永磁无刷直流电机(BLDCM)为控制对象的伺服系统场合．进行理论与仿真研究，并进行实际试验验证。仿真和试验结果表明，应用交流步进控制理论的BLDCM伺服系统具有良好的速度与位置可控性，能满足现代工业对伺服系统的高要求。同时，

2、研究结果也为BLDCM在高性能控制场合下的应用提供了参考。关键词：无刷直流电机：现场可编程门阵列；伺服系统中图分类号：TM33文献标识码：A文章编号：1000—100X(2014)08—0016—03DesignofServo-systemWithBrushlessDirectCurrentMotorBasedonFPGAandStepperControlLIJin—song，DONGYan，CUIXiang-yu，LIUMing(HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300130，China)Abst

3、ract：Thesimulationandtheoreticalstudyontheservo-systembasedonthefieldprogrammablegatearray(FPGA)andpermanentmagnetbrushlessdirectcurentmotor(BLDCM)inthemodeofalternatingcurrentsteppercontrolareconducted．ThesimulationandtheexperimentalresultsshowthatBLDCMwithapplicationo

4、falternatingcurentstep—percontrolhasagoodabilityofspeedandpositioncontro1．Itcansatisfythehighrequirementsinmodernindustry．Meanwhile，thestudyresul~alsoprovidethereferencefortheapplicationofBLDCMinhigh—performanceoccasion．Keywords：brnshlessdirectcurrentmotor；fieldprogramm

5、ablegatearray；servo—system1引言2交流步进控制与定位控制现代工业发展过程中，在一些领域需实现多2．1交流步进控制理论台电机协同控制，或需电机与外界实时通讯，对核永磁BLDCM的电机本体是同步电动机。离散心控制器件的实时快速处理能力的需求越来越明电动机的定子电流为b步是进行同步电机步进显。在电机控制中．基于FPGA的电机控制方式得控制方式的核心思想。离散后的定子磁动势的每到广泛关注。基于FPGA的控制器．设计周期更一步大小固定，位置成步进状态．转子磁动势与其短，可移植性更好。能实现高速与灵活性、软件与构成步进角

6、，进而复位转矩也成为步进状态，从而硬件的完美结合，且其控制器接口更加灵活，计算将转子锁定在特定位置上f21。若离散同步电动机的速度更快，易于成为控制电机的专用数字芯片。定子旋转磁动势为步进磁动势．则在定子气隙中交流步进控制方式是将速度控制、位置控制和所停靠位置数即为这种同步电动机在步进运动时伺服控制等不同的传动控制方式有机地结合起所能提供的定位点数。也即为电动机的步进数。来，离散同步电动机的气隙磁动势使其连续的旋BLDCM在一相绕组正向导通120。范围内．输转磁场变为步进磁场。可对离散的步进磁动势进入相电流为恒值，。换相过程中，假定A

7、，B，C相分行精确控制，实现良好的速度控制，且可进一步取别为开通、断开、非换相相，可得三相换相电流为[，1：得精确的位置控制，使交流传动控制系统具有更If=2(U-E)t／(3L)，ib=一(U+2E)t／(3L)+I⋯(一4E)／(3)一，()高的性能。交流步进控制打破了原有的传动控制：一。方式界限，即速度与位置、连续与离散、旋转与步式中：E为每相反电动势；U为输入逆变器的直流电源电压。进，形成统一的一种交流步进控制理论【1】。当BLDCM定子绕组通以三相对称电流，选用电流基波分量i曲，i∞，i∞时，有：定稿日期：2014—02—2

8、8fi~O=ImSinwt，ibO=Imsin(tot-27r／3)⋯in(+2at／3)(2J作者简介：李金松(1987一)，男，河北保定人，硕士研究生，：研究方向为现代电气传动。式中：，m为通入的三相电流基波分量的峰