[发明专利]基于FPGA的无刷直流电机转速控制终端

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的无刷直流电机转速控制终端，其包括主控模块、驱动模块、A/D转换模块、转子位置检测模块、转速检测模块、过流保护模块、隔离电路模块、电平转换模块。主控模块采用ALTERA公司的Cyclone IV系列的FPGA芯片EP4CE115F29C7，并通过片上资源分别与各个功能模块连接。本发明基于FPGA来进行无刷直流电机转速的控制，具有良好并行处理能力，提高了对无刷直流电机转速控制的精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及无刷直流电机转速控制领域，特别是一种基于FPGA的无刷直流电机转速控制终端。

背景技术

无刷直流电机由于具有功率密度大、调速性能优、运行可靠和易于维护等特点被广泛应用于国防、航空航天、机器人、精密机床等领域。随着信息技术的发展，现有基于单片机和DSP的控制终端已经无法满足对转速和稳定性方面的要求，因此具有良好并行处理能力的FPGA成为电机转速控制终端的更好选择。

发明内容

本发明针对上述现状，提供一种基于FPGA的无刷直流电机转速控制终端。该终端基于FPGA来提高无刷直流电机的转速控制精度。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：模块化设计，具体包括主控模块、驱动模块、A/D转换模块、转子位置检测模块、转速检测模块、过流保护模块、隔离电路模块、电平转换模块。主控模块采用ALTERA公司的Cyclone IV系列的FPGA芯片EP4CE115F29C7，并通过片上资源分别与各个功能模块连接。

所述的识别主控模块采用ALTERA公司的FPGA芯片EP4CE115F29C7，其为Altera公司推出的60nm工艺产品，面向对成本敏感的大批量应用，以满足越来越大的带宽需求，同时降低了成本。其具有114480个逻辑门，具有丰富的片上资源，包括432M9K内存模块，3981Kbits嵌入式存储器位，4个锁相环和529个可以使用的I/O口等，并在FPGA基础上采用内嵌Nios II软核处理器，通过Avalon总线与外设相连。

所述的驱动模块采用International Rectifier 公司旗下的IR2235驱动芯片，IR2235是一种高电压高速的MOSFET和IGBT的驱动电路，其驱动母线电压高达600V，可同时控制6个功率管，并且自带电流放大和保护功能，同时，在输出端可以起到一直噪音的作用。此模块目的是将低电平数字信号转换为电机运行时定子绕组所需的三相高电平电压模拟信号。

所述的A/D转换模块所使用的的模数转换电路元件是AD公司的低功耗AD7934芯片，目的是进行模拟信号和数字信号之间的相互转换。

所述的转子位置检测模块主要是通过检测无刷直流电机中霍尔元器件发出的信号来确定转子的位置。

所述的转速检测模块采用通用型增量式编码器E6C2-CWZ5B，即通过对外接增量式编码器产生的信号计数实现。增量式编码器是一种采用光电方法将轴承的机械角度转换为数字信号输出的精密传感器，由两部分组成：光电编码集成电路和转子。将带有均匀刻制光栅的码盘安装在转子上，并将增量式编码器转子与无刷直流电机转子轴承相连接，随着无刷直流电机的转动，每转过一个透光区，光电编码器就会向外界发出一个脉冲信号。

所述的过流保护模块主要通过检测母线电流值来判断电机是否为正常运作状态，实时向主控发出反馈信号，即通过放大器与电阻相结合，采集经放大后的电阻两端电压，就可以判断母线电流是否超标。

所述的隔离电路模块采用光电耦合器元器件HCNR201，主要作用于数字信号和开关信号之间的数据传输，减少噪音的产生，减少器件被高压击穿的风险。

所述的电平转换模块采用SN74LVC4245A芯片，主要为了保护FPGA芯片不被损坏和确保FPGA接受的信号正确有效。

附图说明

图1为本发明总体结构框图；

图2为本发明 驱动模块电路图；