基于FPGA的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、在氣象衛(wèi)星上，微波成像掃描儀是非常重要的酬載，而掃描儀的控制系統(tǒng)是掃描儀上的核心機(jī)構(gòu)，其控制性能將對掃描儀的成像精度和衛(wèi)星任務(wù)的完成情況產(chǎn)生重大影響。無刷直流電機(jī)因為其穩(wěn)定和調(diào)速性好已經(jīng)逐漸成為掃描控制系統(tǒng)上的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在國內(nèi)外衛(wèi)星上得到了廣泛的應(yīng)用。因此，研究并設(shè)計精度高、穩(wěn)定好、抗干擾能力強(qiáng)的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有重要的實際意義。
　　近年來，嵌入式設(shè)計開發(fā)技術(shù)、電力電子技術(shù)以及計算機(jī)控制技術(shù)得到了快速的發(fā)展，尤其是 FPG

2、A設(shè)計技術(shù)的興起，為我們改進(jìn)無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。進(jìn)而能夠為氣象衛(wèi)星掃描儀提供更穩(wěn)定，更精確的控制與驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
　　在這樣的背景下，本文以基于Flash架構(gòu)的Fusion系列FPGA為控制核心來建立無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。本文首先以被控對象——無刷直流電機(jī)為研究對象，分析無刷直流電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)與運行原理；以無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，研究無載無刷直流電機(jī)工作特性、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制規(guī)律；同時介紹常用的無刷直流電

3、機(jī)驅(qū)動方式、單閉環(huán)和雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)的特點、PID控制算法以及多種PWM波調(diào)制技術(shù)。通過比較和分析，選取雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)、增量式 PID控制算法以及 pwm_on調(diào)制方式來設(shè)計本文的控制系統(tǒng)。最后，本文將從硬件和軟件兩個方面詳細(xì)介紹基于FPGA的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計的思路和過程。在硬件設(shè)計部分，本文以Fusion StartKit開發(fā)板為主開發(fā)平臺，盡可能地利用開發(fā)板豐富的內(nèi)部硬件資源，完成位置檢測模塊、PWM波發(fā)生模塊等控制系統(tǒng)主要

4、環(huán)節(jié)的設(shè)計。利用FPGA進(jìn)行純硬件設(shè)計的優(yōu)勢是其并行處理方式可以不占用CPU資源，使系統(tǒng)的處理速率和穩(wěn)定性得到提高。為了使系統(tǒng)能夠完善地工作，本文也設(shè)計并實現(xiàn)了整個控制系統(tǒng)的外圍輔助環(huán)節(jié)如：隔離與驅(qū)動電路、電平轉(zhuǎn)換電路等。在軟件設(shè)計部分，本文采用主要利用Verilog HDL硬件描述語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)各個模塊的功能，同時也充分利用集成開發(fā)環(huán)境Libero中提供的豐富的IP Core（軟核），如乘法器等，來實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的各個子模塊，如速度與