[发明专利]基于SOPC的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于SOPC的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统，属于电机控制领域。

背景技术

无刷直流电机(Brushless DC Motor，简称BLDCM)是梯形波永磁同步电动机的别称，其特点是电机中气隙磁密分布为梯形波，因而电机的反电势波形和电流波形均为梯形波。

无刷直流电机与其他各类电动机相比，具有体积小、效率高、出力大、起动转矩大、过载能力强、动态特性好、控制容易、灵活、方便等特点。现已广泛应用于医疗、数控机床、机器人控制、电动车驱动和家电应用等领域。高性能的无刷直流电机需要实时检测转子位置已实现其自控变频驱动，因此产生了各种无刷直流电机转子位置信号的监测方法，如电磁式位置传感器，霍尔位置传感器，光电编码器等。但这些位置传感器都作为电机本体的附属结构存在，使电机结构进一步复杂化，增加了电机的重量和体积，同时，位置传感器安装与维护困难，是整个无刷直流电机本体结构中最薄弱的环节，使无刷直流电机的可靠性降低。因此，目前，无刷直流电机的无位置传感器控制成为学者和工程人员研究的热点。

无位置传感器的转子位置检测是通过检测和计算与转子位置有关的物理量间接地获得转子的位置信息。常用的无位置传感器位置检测方法有反电势过零检测法、续流二极管工作状态检测法、绕组三次谐波检测法和瞬时电压方程法等。

目前，在无刷直流电机转子位置信号无传感器检测领域中，反电动势过零检测法由于检测电路结构简单，算法亦不复杂，因此发展最成熟，应用最为广泛。

对于最常见的两相导通星形三相六状态工作方式，除了换向的瞬间之外，在任何时刻，电机总有一项绕组处于断路状态。当断路相绕组的反电势过零之后，再经过30度电角度，就是该相的换相点。因此，只要检测到各相绕组反电势的过零点，就可以确定电机的转子位置和下次换流时间。传统的反电势过零检测算法都是通过外围分立的模拟电路，重构出电机的中心点电压来获得反电势过零信号的。但是，受重构电路准确性的影响，反电势过零信号总是存在误差，造成电机的换相精度较低，控制性能不是很理想。随着数字信号处理器DSP的出现，在DSP中以软件方式实现过零检测及驱动控制一度成为研究热点。但是，软件算法的串行性又会引入一定的执行延时，而且它还会增加CPU的负担，限制了电机其它控制任务的完成。另外，传统的反电势过零检测法仅能在20％以上额定转速以上才能使用，调速范围受到很大制约。

与此同时，随着科学技术的不断发展，生产规模的不断扩大，现代机电控制系统越来越趋向于高精度、微型化及大规模化发展，这时，只能在现场进行控制作业的电机就暴露出它的缺点，在管理和维护方面的人力、经费过大，工作要花费大量的时间巡检、控制等；另外，有一些地方是人类无法到达的，并且作业环境十分恶劣，例如有核污染等危险地带，只能在现场作业的电机就无法满足控制要求，如果工作人员长时间在这样的危险环境下作业，增加了伤亡的概率。

发明内容

本发明的目的是解决人们只能在现场控制无刷直流电机作业，浪费大量的人力、经费，在危险工作环境下还会增加伤亡概率的问题，提供了基于SOPC的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统。

本发明包括FPGA、m个隔离电路、多路并行模数转换采样电路、以太网接口电路、以太网组件终端、外部存储器和m个无刷直流电机，

FPGA内构建有m个电机驱动IP核、internet接口、NOISII软核和三态桥接器，m个电机驱动IP核、internet接口、NOIS II软核和三态桥接器分别挂接在FPGA内部的总线上，

以太网组件终端的输入输出端与以太网接口电路的用户输入输出端相连，

外部存储器的输入输出端与三态桥接器的存储输入输出端相连，

每个无刷直流电机的采样信号端与多路并行模数转换采样电路的一个信号输入端相连，多路并行模数转换采样电路的m个信号输出端分别与每个电机驱动IP核的采样信号输入端相连，每个电机驱动IP核的输出端与一个隔离电路的输入端相连，每个隔离电路的输出端与一个无刷直流电机的控制信号输入端相连。