无刷直流电机的FPGA控制系统设计及仿真.pdf

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1、第34卷第2期西安工业大学学报VoL34No．22014年2月JournalofXi’anTechnologicalUniversityFeb．2014文章编号：1673—9965(2014)02—0160—07无刷直流电机的FPGA控制系统设计及仿真郎宝华，单成刚(西安工业大学电子信息工程学院，西安710021)摘要：为简化外围硬件电路、提高无刷直流电机在高温高湿等特殊领域下控制的稳定性和抗干扰性，设计了一种基于现场可编程门阵列的无刷直流电机实时控制系统．根据无刷直流电机的原理特性，采用速度与电流双闭环调速方式和PWM—ON调制方法．设计了现场可编程

2、门阵列外围硬件电路和电机驱动电路，采用VerilogHDI语言设计了现场可编程门阵列内部各个逻辑功能模块．仿真和实验结果表明：电机转速在负载情况下能快速稳定在设定值3000r／min，该控制系统性能稳定，调速性能良好．关键词：现场可编程门阵列；无刷直流电机；PWM_()N；双闭环PI控制中图号：TM301．2文献标志码：ADesignandSimulationofFPGABasedControlSystemofBrushlessDCMotorLANGBao—hua。SHANCheng’一gang(SchoolofElectronicInformatio

3、nEngineering。Xi’anTechnologicalUniversity，Xi’an710021，China)AbstractInordertosimplifythehardwarecircuitandimprovethecontrolstabilityandantiinterferenceperformanceofbrushlessDCmotor(BLDCM)inthespecialareassuchashightemperatureandhumidity，akindofreal—timecontrolsystembasedonFPGAis

4、designed．AccordingtotheprincipleofBIDCM，thisdesignusesspeedandcircuitdoubleclosedloopcontrolmodeandPWM一)Nroodutationmethod．Theexternalhardwarecircuitandthedrivecircuitaredesignedandtheinternallogicroodu1esofFPGAarecompiledbasedonVerilogHDI．Throughthesoftwaresimulationandexperime

5、ntalverification，motorspeedundertheconditionofloadbecomesstablein3000r／minquickly．whichshows，thatthesteadystateandspeedcontrolperformanceofthedesignaresatisfactory．Keywords：field—programmablegatearray；brushlessdirectcurrentmotor；PWM()N；一doubleclosedloopPIcontrol在长期的生产建设中，电动机以主要能

6、量转换电机调速性能好、效率高等优点，且具有交流电机装置身份被应用于国民生产、生活的各个方面Ⅲ．结构简单、运行可靠等特质，在航天航空、T业控直流无刷电机是电动机中被广泛应用的一种类型．制、医疗、机器人、家用电器、办公设备等领域内应其是以电子换相代替传统的机械换相，保持了直流用广泛。]．随着电子技术的发展，无刷直流电机凋*收稿日期：2013-05～17作者简介：郎宝华(1972一)，男，西安丁业大学副教授，主要研究方向为嵌入式系统．E—mail：lelec@sira．cOrn．第2期郎宝华，等：无刷直流电机的FPGA控制系统设计及仿真161速系统主要以单片

7、机、数字信号处理器(Digital电流检测电路将总线电流通过LM358放大SignalProcessor，DSP)等控制芯片为核心，具有调器放大1O倍之后，通过采样电阻将电流值转换成试方便、调速精度高和上位机实时通信等优点[3_．电压值．模数转换芯片AD7863将接受到的模拟电DSP本身资源有限，需要大量的外接电路，而外围压值转换成数字量送入FPGA内部闭环控制器运电路过多定会对系统内部运行造成干扰，从而降低算．当母线电流超过额定值，其转换成的电压值会系统的安全性和可靠性[5]．可编程逻辑门阵列使保护电路中的比较器翻转输出故障信号．(Field—Pro

8、grammableGateArray，FPGA)端口资2控制策略源丰富、管脚多，内部由可配置的