無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的S0PC技術(shù)研究

無(wú)刷直流電機(jī)具有無(wú)電刷和換相火花，體積小，低噪聲等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在當(dāng)今的控制系統(tǒng)中。目前對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制主要由單片機(jī)和DSP實(shí)現(xiàn)。但是其外圍電路復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有較大的影響。近年來(lái)，基于可編程門(mén)陣列(FPGA)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為一種全新的設(shè)計(jì)思想。與專(zhuān)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(méi)有一般集成電路所具有的功能，但用戶(hù)可以根據(jù)需要，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的布局布線工具對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行重新編程，在最短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出自己專(zhuān)用的集成電路，從而提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。由于它以純硬件的方式進(jìn)行并行處理，而且不占用CPU的資源，所以可以使系統(tǒng)達(dá)到很高的性能。本文用純硬件的方式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，包括PI調(diào)節(jié)算法，外圍電路簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)控制速度快，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

1 無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理
無(wú)刷直流電機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)本體、位置傳感器和電子開(kāi)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(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)逆變電路的功率開(kāi)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(chǎng)，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
三相四極星型連結(jié)的無(wú)刷直流電機(jī)采用兩兩導(dǎo)通方式，位置傳感器在無(wú)刷直流電機(jī)中起著測(cè)定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開(kāi)關(guān)電路提供正確的換相信息。無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)由3只在相位上差120°的霍爾傳感器(Sa，Sb，Sc)檢測(cè)，霍爾傳感器一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)信號(hào)有6個(gè)狀態(tài)，如圖1所示。無(wú)刷直流電機(jī)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(hào)，F(xiàn)PGA控制器產(chǎn)生PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大送至逆變器各功率開(kāi)關(guān)管(Th1～Th6)，從而控制電機(jī)各相繞組按照一定順序工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。