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基于FPGA的无刷直流电机驱动控制系统设计与实现

丁卫东  
【摘要】:无刷直流电机因其所具有的良好调速性能、简单的控制方法、超高的功率密度以及其在中小功率电机中所表现出来的效率优势,而备受业界广泛关注。 论文通过分析电机驱动控制系统的发展及现状,以无刷直流电机为控制对象,设计和实现了一种以FPGA为控制核心的无刷直流电机驱动控制系统。文中首先简单介绍了无刷直流电机、电机控制器以及驱动器的发展及现状,系统地论述了无刷直流电机的工作原理、控制系统结构及数学模型,并在Matlab/simulink环境下建立了以PI为控制器的无刷直流电机转速、电流双闭环驱动控制系统仿真模型,在此基础上,对系统进行了仿真分析。然后设计了以FPGA芯片XC3S250E作为控制电路核心、以智能功率模块(IPM)作为逆变电路核心的系统硬件电路;基于制作的系统硬件平台,采用模块化编程思想将系统总体任务分成速度采样、电流采样、换相控制、PWM调制、通信模块、人机交互及数字PI控制器等几个功能模块,使用VHDL语言对各个功能模块的实现进行了详细描述,并在Modelsim下对其进行仿真验证。最后在该控制系统上实现了对无刷直流电机的双闭环控制实验,并给出了实验波形,实验结果验证了所设计控制系统的正确性和可行性。 基于FPGA的无刷直流电机驱动控制系统,适应了电机驱动控制向数字化、模块化方向发展的趋势,提供了更灵活的软硬件方案,并大大降低了控制系统成本,具有较高的实用价值。


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