一種基于fpga的無刷直流電機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無刷電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種能夠提高電力效率的，基于FPGA的 無刷直流電機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無刷電機(jī)誕生于20世紀(jì)60年代后期，是伴隨著永磁材料技術(shù)、微電子及電力電子 技術(shù)、控制技術(shù)等迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機(jī)。
[0003] 無刷直流電機(jī)跟其他電機(jī)相比，轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性較差，電機(jī)耗能增加，效率降低。目 前，優(yōu)化電機(jī)性能的方法大都是典型的基于電機(jī)損耗模型的優(yōu)化方法，基于電機(jī)損耗模型 的優(yōu)化方法很大程度上依賴電機(jī)參數(shù)，該些參數(shù)會隨著電機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)改變，需要對 損耗模型參數(shù)進(jìn)行在線辨識，實(shí)現(xiàn)過程比較復(fù)雜。在實(shí)際應(yīng)用中，要對電機(jī)的模型進(jìn)行簡 化，根據(jù)抽象的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型獲得近似最優(yōu)解，該值與實(shí)際最優(yōu)值之間存在偏差，該樣對電 機(jī)效率的優(yōu)化效果并不明顯，只能實(shí)現(xiàn)次優(yōu)控制。
[0004] 在實(shí)際應(yīng)用中，由于設(shè)計和制作工藝的問題，導(dǎo)致無刷直流電機(jī)反電動勢波形與 電流波形不同相位，因?yàn)槊肯嚯妷汉碗娏髦C波的乘積是輸出功率，在每個周期輸出功率會 有負(fù)值，平均功率會降低，影響了電機(jī)的性能，增加了電機(jī)損耗，限制了直流無刷電機(jī)在高 精度系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)過程簡單的，基于FPGA的無刷直流電機(jī)節(jié)能控制 系統(tǒng)，本發(fā)明的目的還包括提供一種能夠提高電機(jī)效率的，基于FPGA的無刷直流電機(jī)節(jié)能 控制方法。
[0006] 一種基于FPGA的無刷直流電機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)，包括電源模塊、功率驅(qū)動模塊、電 流檢測模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、過壓保護(hù)模塊、WFPGA為核屯、的數(shù)據(jù)處理單元和無刷直流電機(jī)，
[0007] 電源模塊為功率驅(qū)動模塊、電流檢測模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、WFPGA為核屯、的數(shù)據(jù)處 理單元和無刷直流電機(jī)供電；
[000引過壓保護(hù)模塊采集電源模塊的電壓，產(chǎn)生過壓信號傳送給WFPGA為核屯、的數(shù)據(jù) 處理單元；
[0009] 電流檢測模塊采集無刷直流電機(jī)的電流，送入AD轉(zhuǎn)換模塊，得到無刷直流電機(jī)立 相的相電流信號，傳送給WFPGA為核屯、的數(shù)據(jù)處理單元；
[0010] 無刷直流電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號傳送給WFPGA為核屯、的數(shù)據(jù)處理單元；
[0011]WFPGA為核屯、的數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)接收的轉(zhuǎn)子位置信號，產(chǎn)生換相信號，采用節(jié) 能控制方法，得到S相電流控制量，WFPGA為核屯、的數(shù)據(jù)處理單元包括滯環(huán)電流調(diào)節(jié)模 塊，將S相電流控制量與S相的相電流信號的差值傳送給滯環(huán)電流調(diào)節(jié)模塊，得到PWM信 號，將PWM信號與換相信號傳送給功率驅(qū)動模塊；
[0012] 功率驅(qū)動模塊根據(jù)接收的信號產(chǎn)生控制信號，控制無刷直流電機(jī)。
[001引一種基于FPGA的無刷直流電機(jī)節(jié)能控制方法，包括w下幾個步驟，
[0014] 步驟一：無刷直流電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，過壓保護(hù)模塊采集電源模塊的電壓，產(chǎn)生過壓信 號傳送給WFPGA為核屯、的數(shù)據(jù)處理單元；
[0015] 步驟二：無刷直流電機(jī)自帶的霍爾傳感器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，然后把霍爾傳感 器產(chǎn)生的霍爾信號送到FPGA處理巧片，產(chǎn)生換相信號；
[0016] 步驟S;電流檢測模塊采集無刷直流電機(jī)的電流，送入AD轉(zhuǎn)換模塊，得到無刷直 流電機(jī)S相的相電流信號ig(t)、ib(t)和ic(t);
[0017] 步驟四：根據(jù)立相的相電流信號Ut)、ib(t)和ic(t)計算得到；相電流控制量 i'a(t)、i'b(t)和i'c(t)，
[001 引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于FPGA的無刷直流電機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于：包括電源模塊、功率驅(qū) 動模塊、電流檢測模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、過壓保護(hù)模塊、以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元和無刷 直流電機(jī)， 電源模塊為功率驅(qū)動模塊、電流檢測模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單 元和無刷直流電機(jī)供電； 過壓保護(hù)模塊采集電源模塊的電壓，產(chǎn)生過壓信號傳送給以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理 單元； 電流檢測模塊采集無刷直流電機(jī)的電流，送入AD轉(zhuǎn)換模塊，得到無刷直流電機(jī)三相的 相電流信號，傳送給以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元； 無刷直流電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號傳送給以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元； 以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)接收的轉(zhuǎn)子位置信號，產(chǎn)生換相信號，采用節(jié)能控 制方法，得到三相電流控制量，以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元包括滯環(huán)電流調(diào)節(jié)模塊，將 三相電流控制量與三相的相電流信號的差值傳送給滯環(huán)電流調(diào)節(jié)模塊，得到PWM信號，將 PWM信號與換相信號傳送給功率驅(qū)動模塊； 功率驅(qū)動模塊根據(jù)接收的信號產(chǎn)生控制信號，控制無刷直流電機(jī)。
2. 基于權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的無刷直流電機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的控制方法，其 特征在于：包括以下幾個步驟， 步驟一：無刷直流電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，過壓保護(hù)模塊采集電源模塊的電壓，產(chǎn)生過壓信號傳 送給以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元； 步驟二：無刷直流電機(jī)自帶的霍爾傳感器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，然后把霍爾傳感器產(chǎn) 生的霍爾信號送到FPGA處理芯片，產(chǎn)生換相信號； 步驟三：電流檢測模塊采集無刷直流電機(jī)的電流，送入AD轉(zhuǎn)換模塊，得到無刷直流電 機(jī)三相的相電流信號ia(t)、ib(t)和ic(t); 步驟四：根據(jù)三相的相電流信號ia(t)、ib(t)和ie(t)計算得到三相電流控制量 i'a(t)、i'b(t)和 i'c(t)，
其中g(shù)是三相電流i' a(t)、i' b(t)和i'。⑴的增益，eam(t)、ebm(t)、e"(t)為不包含零 序分量的三相反電動勢； 步驟五：將三相電流控制量i'a (t)、i'b (t)和i'。(t)與三相的相電流信號ia (t)、ib (t) 和込⑴的差值經(jīng)過滯環(huán)電流調(diào)節(jié)，輸出PWM信號； 步驟六：功率驅(qū)動模塊根據(jù)接收的PWM信號與換相信號，產(chǎn)生控制信號，控制無刷直流 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FPGA的無刷直流電機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)及控制方法，包括電源模塊、功率驅(qū)動模塊、電流檢測模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、過壓保護(hù)模塊、以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元和無刷直流電機(jī)，電流檢測模塊采集無刷直流電機(jī)的電流，送入AD轉(zhuǎn)換模塊，得到無刷直流電機(jī)三相的相電流信號，傳送給以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元；無刷直流電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號傳送給以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元；以FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)接收的信號得到PWM信號，將PWM信號與換相信號傳送給功率驅(qū)動模塊；功率驅(qū)動模塊根據(jù)接收的信號產(chǎn)生控制信號，控制無刷直流電機(jī)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，并且能夠提高電機(jī)功率。
【IPC分類】H02P6-00, H02P6-14
【公開號】CN104836486
【申請?zhí)枴緾N201510166521
【發(fā)明人】趙凱岐, 胡青青
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月9日