無刷直流電機驅(qū)動控制器的S0PC技術(shù)研究

無刷直流電機具有無電刷和換相火花，體積小，低噪聲等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在當(dāng)今的控制系統(tǒng)中。目前對無刷直流電機的控制主要由單片機和DSP實現(xiàn)。但是其外圍電路復(fù)雜，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有較大的影響。近年來，基于可編程門陣列(FPGA)的硬件設(shè)計技術(shù)已經(jīng)成為一種全新的設(shè)計思想。與專用集成電路(ASIC)不同的是，F(xiàn)PGA本身只是標(biāo)準(zhǔn)的單元陣列，沒有一般集成電路所具有的功能，但用戶可以根據(jù)需要，通過專門的布局布線工具對其內(nèi)部進行重新編程，在最短的時間內(nèi)設(shè)計出自己專用的集成電路，從而提高產(chǎn)品的競爭力。由于它以純硬件的方式進行并行處理，而且不占用CPU的資源，所以可以使系統(tǒng)達到很高的性能。本文用純硬件的方式設(shè)計實現(xiàn)了無刷直流電機驅(qū)動控制器，包括PI調(diào)節(jié)算法，外圍電路簡單，實時控制速度快，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

1 無刷直流電機的工作原理
無刷直流電機主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。其基本工作原理就是借助反映轉(zhuǎn)子位置的位置信號，通過驅(qū)動電路，驅(qū)動逆變電路的功率開關(guān)元件，使電樞繞組依一定順序通電，從而在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，拖動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
三相四極星型連結(jié)的無刷直流電機采用兩兩導(dǎo)通方式，位置傳感器在無刷直流電機中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息。無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置信號由3只在相位上差120°的霍爾傳感器(Sa，Sb，Sc)檢測，霍爾傳感器一個周期內(nèi)的開關(guān)信號有6個狀態(tài)，如圖1所示。無刷直流電機控制系統(tǒng)工作原理如圖2所示，其中VF為逆變器，根據(jù)霍爾信號，F(xiàn)PGA控制器產(chǎn)生PWM信號，經(jīng)過驅(qū)動電路放大送至逆變器各功率開關(guān)管(Th1～Th6)，從而控制電機各相繞組按照一定順序工作，實現(xiàn)無刷直流電機正常運轉(zhuǎn)。