基于FPGA的無刷直流電機控制系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、無刷直流電機因其結(jié)構(gòu)簡單、功率密度大、調(diào)速性能優(yōu)異，低噪音等特點廣泛用于高效電力驅(qū)動領(lǐng)域。但是，無刷電機用電子換向器取代機械電刷的結(jié)構(gòu)給控制器的設計帶來很多困難和挑戰(zhàn)。首先，換向過程的電流波動容易引起芯片工作異常，控制系統(tǒng)不穩(wěn)定；其次，隨著控制策略的復雜化，系統(tǒng)閉環(huán)控制周期變長，控制系統(tǒng)的實時性降低；再次，電子換向器換向驅(qū)動無刷電機不可避免會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，使得無刷直流電機難以得到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩輸出，控制系統(tǒng)控制精度降低。上述問題嚴重阻礙了無

2、刷直流電機的應用進程，特別是限制了其在機器人控制、航空航天等高精度領(lǐng)域的應用。
　　為了解決實驗室仿人機器人項目中的盤式無刷直流關(guān)節(jié)電機的控制問題，本文基于FPGA技術(shù)，設計并實現(xiàn)了一種高性能的無刷直流電機控制系統(tǒng)。本文首先從無刷電機結(jié)構(gòu)出發(fā)，重點分析了無刷電機轉(zhuǎn)矩脈動控制難題的原因并提出了優(yōu)化控制策略；然后，借助Simulink仿真平臺，驗證優(yōu)化抑制策略的有效性；接下來，基于FPGA技術(shù)，完成了高精度無刷電機控制邏輯的設計；最后

3、，在滿足機器人控制的基礎上介紹無刷電機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。
　　無刷電機轉(zhuǎn)矩脈動主要可以分為換向轉(zhuǎn)矩脈動和非換向轉(zhuǎn)矩脈動，本文針對不同時期產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動分別加以抑制。換向轉(zhuǎn)矩脈動主要是因為斷開相電流減小和導通相電流增加的速率不一致造成，通過在換向過程中有針對性的調(diào)制PWM占空比，使整個換向過程滿足斷開相電流減小和導通相電流增加的速率保持一致，從而抑制換向轉(zhuǎn)矩脈動；非換向轉(zhuǎn)矩脈動主要是由非導通相續(xù)流引起，通過研究非導通相續(xù)流產(chǎn)生的條件，

4、在轉(zhuǎn)子處于不同位置時采用合適的PWM調(diào)制方式以破壞續(xù)流條件，達到抑制轉(zhuǎn)矩脈動的目的。綜合兩種抑制算法，抑制無刷直流電機整個轉(zhuǎn)動過程的轉(zhuǎn)矩脈動?？刂葡到y(tǒng)以FPGA為核心，以硬件邏輯的方式實現(xiàn)對無刷電機的控制，大大縮短了控制系統(tǒng)的控制周期，提高了系統(tǒng)抗干擾的能力。系統(tǒng)設計上采用電氣隔離驅(qū)動無刷電機，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　通過在Simulink中搭建無刷電機的仿真系統(tǒng)模型，針對非換向過程和換向過程產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動的原因制定相應的抑制