[发明专利]基于无位置传感器无刷直流电机IP核的电机控制系统

摘要

无位置传感器无刷直流电机IP核，属于电机控制领域，本发明是为了解决现有过零检测方法中软件算法的串行性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的问题。本发明的多路模数转换接口单元接收采样信号，反电势过零检测单元输出实际转速及闭环换相信号，三段式同步启动模块接收转向信号，并实现电机软启动，转速电流双闭环负反馈PI调节器接收系统输入的启停信号和输入转速，最后PWM控制器根据输入的转向信号及三段式同步启动模块输出信号进行处理，输出电机控制信号控制无刷直流电机的运行。

主权项

基于无位置传感器无刷直流电机IP核的电机控制系统，其特征在于，它包括FPGA(1)、隔离电路(2)和多路并行模数转换采样电路(3)，多路并行模数转换采样电路(3)接收无刷直流电机(4)的三相电压采样信号和母线电流采样信号，并输出给FPGA(1)，FPGA(1)输出无刷直流电机控制信号通过隔离电路(2)给无刷直流电机(4)，多路并行模数转换采样电路(3)选用AD73360模数转换芯片，FPGA(1)包括无位置传感器无刷直流电机IP核(10)和NIOS II软核(11)，无位置传感器无刷直流电机IP核(10)和NIOS II软核(11)分别挂接在FPGA(1)内部的总线上，NIOS II软核(11)发出指令，通过FPGA(1)的总线传达给无位置传感器无刷直流电机IP核(10)，所述指令包括采样指令、输入转向信号、启停信号和输入转速n，无位置传感器无刷直流电机IP核(10)包括多路模数转换接口单元(101)、反电势过零检测单元(102)、三段式同步启动模块(103)、转速电流双闭环负反馈PI调节器(104)和PWM控制器(105)，多路模数转换接口单元(101)，用于将接收到的三相电压采样信号发送给反电势过零检测单元(102)；还用于将接收到的母线电流采样信号发送给转速电流双闭环负反馈PI调节器(104)；反电势过零检测单元(102)，用于接收三相电压采样信号，还用于输出无刷直流电机的实际转速信号给转速电流双闭环负反馈PI调节器(104)；三段式同步启动模块(103)，用于接收输入转向信号，还用于输出开环占空比控制信号、开环换相信号和开/闭环控制信号给PWM控制器(105)以实现无刷直流电机的软启动；三段式同步启动模块(103)包括预定位、加速和自动切换三个环节实现无刷直流电机(4)的开环软启动，其中预定位是在轻载条件下，采用磁制动式的电机转子定位方式，采用“连续两次定位”的方法实现预定位；所述“连续两次定位”的过程为：在系统开始上电时，任意给定一组触发脉冲，在气隙之中形成一个幅值恒定，方向不变的磁通，所述任意给定一组触发脉冲在一定时间内将转子强行定位于所述磁通的方向上，第一次定位后，电机转子d轴与定子绕组磁通方向重合，这样就确定了电机转子的初始位置；在第一次定位的基础上继续导通下一个状态作为第二次定位；转速电流双闭环负反馈PI调节器(104)，用于接收系统输入的启停信号、输入转速n和反电势过零检测单元(102)输出的实际转速信号，还用于输出闭环占空比控制信号给PWM控制器(105)；PWM控制器(105)，用于接收系统输入转向信号、转速电流双闭环负反馈PI调节器(104) 输出的闭环占空比控制信号、三段式同步启动模块(103)为实现无刷直流电机软启动依次输出的开环占空比控制信号、开环换相信号和开/闭环控制信号和反电势过零检测单元(102)输出的闭环换相信号，还用于输出无刷直流电机控制信号。