本文選題：無(wú)刷直流電機(jī)　切入點(diǎn)：FPGA　出處：《廣西師范大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來(lái),電機(jī)的控制及應(yīng)用已經(jīng)遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和環(huán)節(jié)。其中無(wú)刷直流電機(jī)采用電子換向代替機(jī)械換向,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn),在高精度控制領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)。本課題以永磁無(wú)刷直流電機(jī)(BLDCM)為控制對(duì)象,采用FPGA作為控制核心,設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。首先本文在深入分析無(wú)刷直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,確立了雙閉環(huán)無(wú)刷直流電機(jī)控制方案,并借助MATLAB/Simulink仿真平臺(tái),搭建了無(wú)刷直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的整體仿真模型。其中內(nèi)環(huán)電流環(huán)采用傳統(tǒng)PI控制。外環(huán)速度環(huán),對(duì)電機(jī)的控制具有決定性的影響,本文分別采用了傳統(tǒng)PI控制、模糊PI控制以及變論域模糊PI控制三種不同的控制算法,并在所搭建的仿真模型上進(jìn)行了仿真對(duì)比試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明,在變論域模糊PI控制策略下,系統(tǒng)具有更優(yōu)越的動(dòng)、靜態(tài)性能。其次在理論仿真的基礎(chǔ)上,選取ALTERA公司的FPGA芯片EP2C70F896C6作為控制器的核心,進(jìn)行了無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。硬件部分,依據(jù)系統(tǒng)要求,主要包括以FPGA為核心的控制電路,無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、電流采樣電路、Hall信號(hào)檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及其它外圍電路設(shè)計(jì)。FPGA軟件部分利用硬件描述語(yǔ)言和EDA模塊化設(shè)計(jì)思想給出了變論域模糊PI調(diào)節(jié)模塊、霍爾測(cè)速模塊、PWM調(diào)制及換相模塊、串口通信模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊等具體的實(shí)現(xiàn)方法。最后,在Modelsim軟件中對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行功能仿真,驗(yàn)證程序的正確性。進(jìn)而在所搭建的硬件平臺(tái)上,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。同時(shí),為了方便對(duì)電機(jī)性能的調(diào)試分析,本文還利用VC++開(kāi)發(fā)了上位機(jī)監(jiān)控界面,可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)所獲得的轉(zhuǎn)速曲線進(jìn)行對(duì)比分析,證明了本論文設(shè)計(jì)的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的控制性能。
[Abstract]:In recent years, the control and application of the motor have been widely used in various fields and links of the national economy. Among them, the brushless DC motor adopts electronic commutation instead of mechanical commutator, which has the advantages of simple structure, convenient maintenance, reliable operation, wide speed range and so on. In the field of high-precision control, this paper takes the permanent magnet brushless DC motor (BLDCM) as the control object and adopts FPGA as the control core. In this paper, the basic structure, working principle and mathematical model of brushless DC motor are analyzed deeply, and the control scheme of double closed loop brushless DC motor is established, and the simulation platform of MATLAB/Simulink is used. The whole simulation model of the double closed loop control system of brushless DC motor is built, in which the traditional Pi control is used in the inner current loop and the speed loop in the outer loop has a decisive effect on the control of the motor. In this paper, the traditional Pi control is used respectively. Fuzzy Pi control and variable universe fuzzy Pi control are three different control algorithms. The simulation results show that the system is more dynamic under the variable theory domain fuzzy Pi control strategy. Secondly, on the basis of theoretical simulation, FPGA chip EP2C70F896C6 of ALTERA Company is selected as the core of controller, and the software and hardware design of brushless DC motor speed regulation system is carried out. It mainly includes the control circuit with FPGA as the core, the drive circuit of brushless DC motor, Current sampling circuit Hall signal detection circuit A / D conversion circuit and other peripheral circuit design. The software part of FPGA gives the variable theory domain fuzzy Pi regulation module by using hardware description language and EDA modular design idea. Hall velocimetry module, PWM modulation and commutation module, serial port communication module, A / D conversion module and other specific implementation methods. Finally, in the Modelsim software, the function of each module of the system is simulated. At the same time, in order to facilitate the debugging and analysis of the performance of the motor, this paper also uses VC to develop the monitoring interface of the upper computer. By comparing and analyzing the rotational speed curve obtained from the experiment, it is proved that the brushless DC motor speed control system designed in this paper has good control performance.
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN791;TM33;TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1617615