基于Actel Fusion FPGA的無刷電機控制器

　　2．3 三相PWM產(chǎn)生

　　設計方案中采用Fusion的邏輯門電路實現(xiàn)了PWM頻率和占空比可連續(xù)調(diào)節(jié)的PWM發(fā)生模塊。其中，設定的頻率參數(shù)和占空比可根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器采集的電位器電壓值轉(zhuǎn)換為相應的參數(shù)值，只要調(diào)節(jié)外部電位器就能產(chǎn)生6路占空比可調(diào)的PWM信號波形。下面給出的相關代碼是采用VerilogHDL語言編寫的一部分三相PWM的源碼。圖2示出用示波器測出的其中兩路PWM信號波形。

　　2．4 反電動勢檢測

　　實現(xiàn)反電動勢檢測原理是：無刷直流電動機在運轉(zhuǎn)過程中，同一時間只有兩相繞組處于工作狀態(tài)，即該兩相所對應的功率器件處于PWM狀態(tài)，而第三相處于懸空狀態(tài)，其端電壓等于感應電動勢。反電動勢的過零點就發(fā)生在該相繞組懸空期間。此時通過檢測端電壓就能間接檢測該相反電動勢的過零點。該控制器的反電動勢檢測采用Fusion系列FPGA器件內(nèi)部的模擬模塊，三相端電壓經(jīng)過電阻分壓濾波后送入Fusion系列FPGA器件內(nèi)的12位A／D轉(zhuǎn)換器進行分時采樣。Fusion系列FPGA器件內(nèi)部采用分時循環(huán)采樣電位器設定電壓和三相繞組的反電動勢電壓，A／D轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換結(jié)果分別存入相應的數(shù)據(jù)寄存器。A／D轉(zhuǎn)換器循環(huán)采樣部分的

　　圖3示出用示波器測量到的實際反電動勢μ1和μ2的波形，由于反電動勢信號經(jīng)過一定的模擬濾波處理，信噪比較好，便于FPGA進行過零點檢測。

　　2．5 控制軟件設計

　　上述有關PWM產(chǎn)生模塊和A／D轉(zhuǎn)換器循環(huán)采樣模塊都是用Verilog HDL語言編寫的，在Actel Libero IDE集成開發(fā)環(huán)境下編譯通過并作為模塊調(diào)用，而調(diào)速控制算法的實現(xiàn)則使用了Fusion系列FPGA器件內(nèi)部的8051軟核實現(xiàn)，開發(fā)工具是Keil C。圖4示出51軟核的算法流程。

　　3 結(jié)論

　　無刷電機控制器硬件平臺基礎上分別編制開發(fā)了FPGA內(nèi)部各功能單元，并進行了編譯鏈接和引腳分配。經(jīng)過實驗實現(xiàn)了對無刷電機的平穩(wěn)啟動和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。所用無刷電機24 V供電，額定轉(zhuǎn)速l 600 r／min。由該FPGA控制器控制的調(diào)速范圍為760~1 600 r／min內(nèi)連續(xù)可調(diào)。該控制器的實現(xiàn)充分體現(xiàn)了Actel Fusion系列混合信號FPGA在模數(shù)混合系統(tǒng)應用中的高度集成性，真正單片SoC的優(yōu)點，為Fusion系列FPGA器件的應用提供了參考價值。