[实用新型]基于FPGA的无刷直流电动机调速控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电动机调速控制器，更特别地是，涉及一种基于FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的无刷直流电动机调速控制器。 

背景技术

科技进步下，电子技术和控制技术快速发展，特别是无刷直流电动机控制技术日渐成熟和完善，然而，这也使得无刷直流电动机控制器的控制速度、数据处理能力、稳定性更加具有挑战性。现有的无刷直流电动机调速控制器硬件结构，当前主要采用数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、单片机(Single Chip Microcomputer，简称MCU)和专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)控制器等三种方式。 

为了完成高速的数据采集计算和复杂的换相调制，一般情况下，会采用DSP芯片以软件方式实现控制功能，这种控制方式虽然比较灵活，但是其开发周期比较长，而且占用CPU时间比较多，控制速度慢，稳定性不高，有时为了提高性能要采用双DSP的设计，这使得系统整体性价比下降。在采用MCU控制时，由于单片机在实现控制时本身的指令功能不强，乘除法所用周期过长，数据转换速度过慢，处理速度无法达到要求，使得无刷直流电机的性能不能得到充分地发挥。在采用专用集成电路控制时，这些芯片内部配有电机控制专用模块，使用方便，但整个控制算法仍由软件编程实现。随着算法的复杂性和软件功能的增加，控制系统运算的实时性受到影响。在一些环境恶劣的应用场合，基于软件编程的控制系统容易受到外界干扰，使得应用受到限制。 

无刷直流电动机控制过程中，不但要完成高速的数据采集计算，还要完成多个控制环的复杂计算以及换相调制，因此，以需求来说，设计一种调速控制器，使其硬件结构更加简单、有效提高运算的速率，并提高数据处理的稳定性，且有效地避免外界干扰，已成市场应用上的一个急需解决的议题。 

实用新型内容

为了克服现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA的无刷直流电动机调速控制器，能有效提高无刷直流电动机调速控制器稳定性、数据处理速度及抗干扰能力。 

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案： 

基于FPGA的无刷直流电动机调速控制器，包括无刷直流电动机、三相桥式开关，无刷直流电动机与三相桥式开关相连，三相桥式开关连接直流电源，无刷直流电动机包括转子和定子，定子上安放有对称的三相(或多相)分布式绕组，转子表面则由永久磁铁形成磁极。在定子绕组端部铁芯槽口附近安装有三只互差120°电角度的磁敏传感器。基于FPGA的无刷直流电动机调速控制器，还有分别与三相桥式开关和无刷直流电动机转子位置检测信号相连的FPGA芯片，其中FPGA芯片内设有PWM信号发生器、主控逻辑组合电路、FSM滤波器以及转速采样与计算单元，FSM滤波器分别与所述无刷直流电动机转子位置检测信号和所述主控逻辑组合电路相连，PWM信号发生器分别与转速采样与计算单元和所述主控逻辑组合电路相连。 

其中，在直流电源供电情况下，定子上安放的各相绕组的端子必需通过电子开关与电源的正、负端相联接。 

在无刷直流电动机的定子上安放有对称的三相(或多相)分布式绕组，转子表面则由永久磁铁形成磁极，故结构上相当于用永久磁铁替换了转子励磁绕组的同步电动机。为了能采集到转子空间位置的时序信号，在定子绕组端部铁芯槽口附近安装有三只互差120°电角度的磁敏传感器 

由磁敏传感器所产生的三相转子空间位置的时序信号先需经过斯密特反相器整形和光耦隔离，再经FSM滤波器滤波后进入主控逻辑组合电路。另有任一相时序信号则进入转速采样与计算单元，由固定的脉冲宽度b设定值和转速采样计算值确定的TP设定值决定了PWM的可调占空比，从而由主控逻辑组合电路输出六路开关控制信号，实现转速控制。 

本实用新型的有益效果：本实用新型针对现有的无刷直流电动机调速控制系统由复杂的软硬件模块组成的特点，提出基于FPGA的无刷直流电动机调速控制器体系结构，根据片上系统门资源丰富和实时性好的特点，引入了PWM信号发生器及硬件滤波器等的具体实施逻辑电路。和传统的调速控制器相比，硬件结构简化，具有较为简洁的接口电 路和灵活的在线配置功能。能有效地提高运算速度，便于维护、可靠性增强和降低成本。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为本实用新型无刷直流电动机的结构示意图；