基于fpga的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊pi控制器的制造方法
【專利摘要】基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊PI控制器，屬于電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有無刷直流電機(jī)采用模糊自適應(yīng)PID算法進(jìn)行電機(jī)控制，由于PID算法執(zhí)行速度慢，造成對(duì)電機(jī)的控制滯后的問題。它的濾波模塊對(duì)霍爾位置信號(hào)進(jìn)行濾波后傳遞給轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊；轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊實(shí)時(shí)計(jì)算獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊計(jì)算獲得電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)；電流PI調(diào)節(jié)模塊采用傳統(tǒng)PI算法對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行調(diào)制，獲得PWM調(diào)制信號(hào)，并傳遞給PWM調(diào)制及換相模塊；PWM調(diào)制及換相模塊將換相信號(hào)和PWM調(diào)制信號(hào)傳遞給功率及驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明用于無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制。
【專利說明】基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊Pl控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊PI控制器，屬于電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成,是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。一直以來無刷直流電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械特性好及調(diào)速特性好等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車、電動(dòng)車、工具、工業(yè)工控、自動(dòng)化以及航空航天等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的無刷直流電機(jī)控制器多以單片機(jī)或DSP為主控芯片，其軟件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)帶來了諸多缺陷:
[0003](I)在實(shí)際生產(chǎn)中，電機(jī)控制系統(tǒng)中往往會(huì)出現(xiàn)尖峰脈沖，使軟件控制器，如DSP或單片機(jī)受到干擾，出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，直接影響系統(tǒng)的可靠性。
[0004](2)由于軟件控制器順序執(zhí)行的特點(diǎn)，其執(zhí)行速度不夠理想，導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度有限。
[0005](3)傳統(tǒng)控制器使用較多主控芯片之外的分立元件，導(dǎo)致系統(tǒng)集成度較低，使控制器體積較大，導(dǎo)致應(yīng)用受限。
[0006](4)傳統(tǒng)的軟件控制器可拓展性較差，很難實(shí)現(xiàn)電機(jī)的并行控制。
[0007]隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA也越來越多的應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域中。相比于DSP和單片機(jī)，F(xiàn)PGA有著諸多優(yōu)勢(shì):
[0008](I)FPGA運(yùn)行速度快。FPGA內(nèi)部集成鎖相環(huán)，可以把外部時(shí)鐘倍頻，核心頻率可以到幾百M(fèi)，而單片機(jī)運(yùn)行速度低的多。在高速場(chǎng)合，單片機(jī)無法代替FPGA。
[0009](2)FPGA管腳多，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)。單片機(jī)1 口有限，而FPGA動(dòng)輒數(shù)百10，可以方便連接外設(shè)。比如一個(gè)系統(tǒng)有多路AD/DA，單片機(jī)要進(jìn)行仔細(xì)的資源分配，總線隔離，而FPGA由于豐富的1資源，可以很容易用不同1連接各外設(shè)。
[0010](3)FPGA內(nèi)部程序并行運(yùn)行，有處理更復(fù)雜功能的能力。單片機(jī)程序是串行執(zhí)行的，執(zhí)行完一條才能執(zhí)行下一條，在處理突發(fā)事件時(shí)只能調(diào)用有限的中斷資源；而FPGA不同邏輯可以并行執(zhí)行，可以同時(shí)處理不同任務(wù)，這就使FPGA工作更有效率。
[0011](4)FPGA有大量軟核，可以方便進(jìn)行二次開發(fā)。FPGA甚至包含單片機(jī)和DSP軟核，并且1數(shù)僅受FPGA自身1限制。所以，F(xiàn)PGA又是單片機(jī)和DSP的超集，也就是說，單片機(jī)和DSP能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA 一般都能實(shí)現(xiàn)。
[0012]由于無刷直流電機(jī)非線性強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，采用傳統(tǒng)PID算法進(jìn)行控制，因傳統(tǒng)PID算法的響應(yīng)速度慢及動(dòng)態(tài)特性較差，使得很難達(dá)到預(yù)期的控制效果，因此采用模糊自適應(yīng)PID算法來解決這個(gè)問題。目前，關(guān)于模糊自適應(yīng)PID的研究大多是基于軟件實(shí)現(xiàn)的，軟件實(shí)現(xiàn)方式的算法執(zhí)行速度較慢，造成對(duì)電機(jī)的控制滯后。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有無刷直流電機(jī)采用模糊自適應(yīng)PID算法進(jìn)行電機(jī)控制，由于PID算法執(zhí)行速度慢，造成對(duì)電機(jī)的控制滯后的問題，提供了一種基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊PI控制器。
[0014]本發(fā)明所述基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊PI控制器，它包FPGA主控模塊、功率及驅(qū)動(dòng)模塊、電流采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和人機(jī)交互模塊，
[0015]FPGA主控模塊包括濾波模塊、ADC接口、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊、轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊、電流PI調(diào)節(jié)模塊、PWM調(diào)制及換相模塊和人機(jī)交互接口，
[0016]濾波模塊用于對(duì)霍爾位置信號(hào)進(jìn)行濾波后，將濾波后的霍爾位置信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊；所述霍爾位置信號(hào)由無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的霍爾位置傳感器采集獲得；
[0017]轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊根據(jù)濾波后的霍爾位置信號(hào)的周期性變化實(shí)時(shí)計(jì)算獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，并傳遞給轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊；
[0018]轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)的比較值，采用模糊PI算法對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)制，獲得電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)，并傳遞給電流PI調(diào)節(jié)模塊；
[0019]電流PI調(diào)節(jié)模塊根據(jù)電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)與電流調(diào)節(jié)反饋信號(hào)的比較值，采用傳統(tǒng)PI算法對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行調(diào)制，獲得PWM調(diào)制信號(hào)，并傳遞給PWM調(diào)制及換相模塊；電流調(diào)節(jié)反饋信號(hào)的獲得為:通過電流采集模塊采集功率及驅(qū)動(dòng)模塊輸出給無刷直流電動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，再經(jīng)ADC接口傳遞給電流PI調(diào)節(jié)模塊；
[0020]PWM調(diào)制及換相模塊根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置信息獲得換相信號(hào)，并傳遞給功率及驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)將PWM調(diào)制信號(hào)傳遞給功率及驅(qū)動(dòng)模塊；所述轉(zhuǎn)子磁極位置信息由無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的霍爾位置傳感器獲得；
[0021]人機(jī)交互接口用于提供人機(jī)交互模塊與FPGA主控模塊的接口 ；
[0022]功率及驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)換相信號(hào)及PWM調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)；
[0023]人機(jī)交互模塊用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)的設(shè)定和顯示。
[0024]所述功率及驅(qū)動(dòng)模塊包括三相全橋逆變模塊、IR2136驅(qū)動(dòng)模塊、功率變換模塊、霍爾信號(hào)采集模塊和供電電源模塊。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明基于FPGA內(nèi)部模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的控制，具備運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高，系統(tǒng)集成度高，可拓展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。它同時(shí)具備算法執(zhí)行速度快的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的實(shí)時(shí)、在線控制。
[0026]本發(fā)明基于FPGA的全硬件實(shí)現(xiàn)，在傳統(tǒng)PI控制算法的基礎(chǔ)上上提出了硬件實(shí)現(xiàn)的模糊自適應(yīng)PI算法，通過實(shí)驗(yàn)分析，本發(fā)明所述控制器在電機(jī)各轉(zhuǎn)速區(qū)間都有著很好的動(dòng)靜態(tài)性能，調(diào)速范圍可達(dá)到I?3000rpm。與傳統(tǒng)控制器相比，本發(fā)明所述控制器魯棒性強(qiáng)，從根本上解決了軟件控制器抗干擾能力差的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明所述基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊PI控制器的原理框圖；
[0028]圖2是模糊PI算法的示意圖；
[0029]圖3是模糊系統(tǒng)輸入輸出變量的隸屬函數(shù)曲線；
[0030]圖4是Δ kp的輸出空間曲面；
[0031]圖5是Aki的輸出空間曲面；
[0032]圖6是模糊PI邏輯模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖7是模糊邏輯模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖8是PI邏輯模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖9是電機(jī)空載給定轉(zhuǎn)速2000-1500rpm之間突變的仿真轉(zhuǎn)速曲線；
[0036]圖10是電機(jī)空載給定轉(zhuǎn)速1000-500rpm之間突變的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速曲線；圖中PI為傳統(tǒng)PI控制下的電機(jī)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速曲線，F(xiàn)uzzy PI為模糊PI控制下的電機(jī)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0037]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊PI控制器，它包FPGA主控模塊1、功率及驅(qū)動(dòng)模塊2、電流采集模塊3、AD轉(zhuǎn)換模塊4和人機(jī)交互模塊5，
[0038]FPGA主控模塊I包括濾波模塊1_1、ADC接口 1_2、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊1_3、轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊1-4、電流PI調(diào)節(jié)模塊1-5、PWM調(diào)制及換相模塊1-6和人機(jī)交互接口 1_7，
[0039]濾波模塊1-1用于對(duì)霍爾位置信號(hào)進(jìn)行濾波后，將濾波后的霍爾位置信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊1-3 ;所述霍爾位置信號(hào)由無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的霍爾位置傳感器采集獲得;
[0040]轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊1-3根據(jù)濾波后的霍爾位置信號(hào)的周期性變化實(shí)時(shí)計(jì)算獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，并傳遞給轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊1-4 ；
[0041]轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊1-4根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)的比較值，采用模糊PI算法對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)制，獲得電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)，并傳遞給電流PI調(diào)節(jié)模塊 1-5 ；
[0042]電流PI調(diào)節(jié)模塊1-5根據(jù)電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)與電流調(diào)節(jié)反饋信號(hào)的比較值，采用傳統(tǒng)PI算法對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行調(diào)制，獲得PWM調(diào)制信號(hào)，并傳遞給PWM調(diào)制及換相模塊1-6 ;電流調(diào)節(jié)反饋信號(hào)的獲得為:通過電流采集模塊3采集功率及驅(qū)動(dòng)模塊2輸出給無刷直流電動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，再經(jīng)ADC接口 1-2傳遞給電流PI調(diào)節(jié)模塊1-5 ；
[0043]PWM調(diào)制及換相模塊1-6根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置信息獲得換相信號(hào)，并傳遞給功率及驅(qū)動(dòng)模塊2，同時(shí)將PWM調(diào)制信號(hào)傳遞給功率及驅(qū)動(dòng)模塊2 ;所述轉(zhuǎn)子磁極位置信息由無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的霍爾位置傳感器獲得；
[0044]人機(jī)交互接口 1-7用于提供人機(jī)交互模塊5與FPGA主控模塊I的接口；
[0045]功率及驅(qū)動(dòng)模塊2根據(jù)換相信號(hào)及PWM調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)；
[0046]人機(jī)交互模塊5用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)的設(shè)定和顯示。
[0047]本實(shí)施方式中，F(xiàn)PGA主控模塊I是控制器的核心控制部分，人機(jī)交互模塊5包括按鍵及顯示模塊。其中電流PI調(diào)節(jié)模塊1-5采用傳統(tǒng)PI算法對(duì)電機(jī)的電流進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊1-4采用模糊PI算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)制。因此，電流調(diào)節(jié)模塊包含傳統(tǒng)PI算法模塊，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊包含模糊PI算法模塊。轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊1-4包括模糊邏輯模塊和傳統(tǒng)PI算法模塊。
[0048]圖2所示，傳統(tǒng)PI算法的數(shù)字表達(dá)式為:
k
[0049]n{k) = ki；c{k) + k^e{j)I
/-0
[0050]其中:u(k)為控制器輸出，e(k)為誤差，kp為比例系數(shù)，Iii為積分系數(shù)，k為采樣序列。模糊算法的核心即根據(jù)誤差和誤差變化率，利用模糊推理對(duì)kp和h進(jìn)行在線整定。[0051 ] 模糊邏輯選取輸入變量為轉(zhuǎn)速誤差E和誤差變化EC，輸出變量為kp的變化Λ kp和kj的變化Λ k”它們的模糊論域均為[_6，6]，量化等級(jí)都為13級(jí)，即{-6，-5，-4，-3，-2，-1，O, I, 2，3，4，5，6}。取輸入輸出語言變量的模糊子集為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，分別用NB，匪，NS，Z0, PS, PM，PB表示。4個(gè)輸入輸出變量選取相同的隸屬函數(shù)。
[0052]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和專家經(jīng)驗(yàn)，本模糊PI系統(tǒng)的模糊控制規(guī)則主要依據(jù)以下幾點(diǎn):
[0053](I)誤差E較大時(shí)，為盡快消除誤差，提高響應(yīng)速度，1^取大值，Ici取較小值或零；誤差E較小時(shí)，為繼續(xù)消除誤差，及防止超調(diào)過大而產(chǎn)生振蕩，kp值要減小，Ici取小值，在誤差E很小時(shí)，為消除靜差，避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近產(chǎn)生振蕩使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，kp值繼續(xù)減小，ki值不變或稍取大一點(diǎn)。
[0054](2)當(dāng)E與EC同號(hào)時(shí)，被控量向偏離給定值方向變化，應(yīng)加強(qiáng)控制作用，使誤差朝減小方向變化，應(yīng)取較小h ;當(dāng)E與EC異號(hào)時(shí)，被控量向接近給定值方向變化，因此在誤差E較大時(shí)，取較小的kp值或零以加快控制的動(dòng)態(tài)過程。
[0055](3) EC越大，kp取值越小，Iii取值越大。
[0056]根據(jù)上述模糊規(guī)則及選取的模糊變量和模糊論域，利用Matlab中的模糊邏輯工具箱，選擇適當(dāng)?shù)碾`屬函數(shù)及算法得出Λ kp和Λ h的輸出并用于構(gòu)建FPGA的模糊PI模塊。
[0057]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明:
[0058]圖1中虛線框內(nèi)為FPGA實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能模塊。根據(jù)轉(zhuǎn)子的霍爾位置傳感器所表示的轉(zhuǎn)子磁極位置信息確定換相時(shí)刻進(jìn)行換相，同時(shí)根據(jù)霍爾位置信號(hào)的周期性變化實(shí)時(shí)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出作為電流調(diào)節(jié)器給定值，檢測(cè)到的電流信號(hào)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換作為電流調(diào)節(jié)器的反饋，電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的調(diào)制信號(hào)，從而由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
[0059]FPGA主控模塊I采用Altera公司Cycolne IV系列產(chǎn)品。FPGA系統(tǒng)采用模塊化及自頂向下的設(shè)計(jì)理念，根據(jù)控制器所要實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)計(jì)劃分如下幾個(gè)模塊:用于對(duì)外部霍爾信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波模塊、電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊、為外部AD轉(zhuǎn)換芯片提供時(shí)序的ADC接口模塊、用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的模糊自適應(yīng)PI模塊、用于電流調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)PI模塊、PWM及換相模塊、用于人機(jī)交互的顯示及按鍵接口模塊。其中模糊自適應(yīng)PI模塊又由模糊控制模塊和傳統(tǒng)PI模塊構(gòu)成。FPGA內(nèi)部所有模塊均由verilog HDL硬件描述語言構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)控制器的全數(shù)字硬件化，從而大大提高運(yùn)算速度，提升控制精度，并根本地解決軟件控制器易受干擾的問題。
[0060]如圖2所示，模糊PI系統(tǒng)是將誤差和誤差的變化率做為系統(tǒng)的輸入變量，經(jīng)模糊邏輯系統(tǒng)的運(yùn)算輸出Λ kp和Λ h用于PI調(diào)節(jié)。
[0061]如圖3所示，為模糊系統(tǒng)的輸入輸出變量選取適當(dāng)?shù)碾`屬函數(shù)很重要。
[0062]從圖4、5中可以看出，輸出的空間曲面較平滑，即較接近連續(xù)。
[0063]在圖6中，PI模塊完成傳統(tǒng)PI算法的運(yùn)算，模糊模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)PI調(diào)節(jié)參數(shù)的整定。
[0064]如圖7所示,在模糊邏輯模塊中，把Λ kp和Λ kj的模糊規(guī)則制表并寫成QuartusII的.mif文件，存入Altera公司提供的宏模塊ROM中，通過模糊化子模塊將輸入的誤差E和誤差變化EC進(jìn)行清晰域到模糊域的轉(zhuǎn)化，將E和EC的模糊值作為事先存好的ROM的查找地址，輸出Λ kp和Λ Iii的模糊值，再通過清晰化子模塊將Λ kp和Λ Iii的模糊值轉(zhuǎn)化為清晰值作為模糊邏輯模塊的輸出。
[0065]在圖8中，PI算法模塊根據(jù)式(I)進(jìn)行構(gòu)建，所用到的乘法和除法均用verilogHDL語言編寫并獨(dú)立成功能模塊，在保證執(zhí)行速度的情況下節(jié)約內(nèi)部乘除法器資源。整個(gè)算法模塊均用verilog HDL硬件描述語言構(gòu)建而成，充分利用了硬件并行執(zhí)行速度快和抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，整個(gè)算法的構(gòu)建采用模塊化設(shè)計(jì)思想，功能劃分清晰，具有很強(qiáng)的邏輯性和靈活性。
[0066]最后，對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)擬合成轉(zhuǎn)速曲線如圖9、10所示。圖9中，在Is時(shí)，給定轉(zhuǎn)速由2000rpm突變?yōu)?500rpm，并在1.96s時(shí)突變回到2000rpm。最終，傳統(tǒng)PI控制器在1.48s和2.16s重新回到穩(wěn)態(tài)，而模糊PI控制器在1.36s和2.08s重新回到穩(wěn)態(tài)。圖10中，在1.44s時(shí)，給定轉(zhuǎn)速由100rpm突變?yōu)?00rpm，并在2.88s時(shí)突變回到lOOOrpm。最終，傳統(tǒng)PI控制器在2.52s和3.24s重新回到穩(wěn)態(tài)，而模糊PI控制器在
2.28s和3.12s重新回到穩(wěn)態(tài)。
[0067]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述功率及驅(qū)動(dòng)模塊2包括三相全橋逆變模塊、IR2136驅(qū)動(dòng)模塊、功率變換模塊、霍爾信號(hào)采集模塊和供電電源模塊。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊PI控制器，其特征在于，它包FPGA主控模塊(I)、功率及驅(qū)動(dòng)模塊(2)、電流采集模塊(3)、AD轉(zhuǎn)換模塊(4)和人機(jī)交互模塊(5)， FPGA主控模塊(I)包括濾波模塊(1_1)、ADC接口(1_2)、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊(1_3)、轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊(1-4)、電流PI調(diào)節(jié)模塊(1-5)、PWM調(diào)制及換相模塊(1_6)和人機(jī)交互接口(1-7)， 濾波模塊(1-1)用于對(duì)霍爾位置信號(hào)進(jìn)行濾波后，將濾波后的霍爾位置信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊(1-3);所述霍爾位置信號(hào)由無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的霍爾位置傳感器采集獲得; 轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊(1-3)根據(jù)濾波后的霍爾位置信號(hào)的周期性變化實(shí)時(shí)計(jì)算獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，并傳遞給轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊(1-4)； 轉(zhuǎn)速模糊PI調(diào)節(jié)模塊(1-4)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)的比較值，采用模糊PI算法對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)制，獲得電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)，并傳遞給電流PI調(diào)節(jié)模塊(1-5)； 電流PI調(diào)節(jié)模塊(1-5)根據(jù)電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)與電流調(diào)節(jié)反饋信號(hào)的比較值，采用傳統(tǒng)PI算法對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行調(diào)制，獲得PWM調(diào)制信號(hào)，并傳遞給PWM調(diào)制及換相模塊(1-6);電流調(diào)節(jié)反饋信號(hào)的獲得為:通過電流采集模塊(3)采集功率及驅(qū)動(dòng)模塊(2)輸出給無刷直流電動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊(4)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，再經(jīng)ADC接口(1-2)傳遞給電流PI調(diào)節(jié)模塊(1-5)； PWM調(diào)制及換相模塊(1-6)根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置信息獲得換相信號(hào)，并傳遞給功率及驅(qū)動(dòng)模塊(2)，同時(shí)將PWM調(diào)制信號(hào)傳遞給功率及驅(qū)動(dòng)模塊(2);所述轉(zhuǎn)子磁極位置信息由無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的霍爾位置傳感器獲得； 人機(jī)交互接口(1-7)用于提供人機(jī)交互模塊(5)與FPGA主控模塊(I)的接口 ； 功率及驅(qū)動(dòng)模塊(2)根據(jù)換相信號(hào)及PWM調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)； 人機(jī)交互模塊(5)用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)的設(shè)定和顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的無刷直流電動(dòng)機(jī)模糊PI控制器，其特征在于，所述功率及驅(qū)動(dòng)模塊(2)包括三相全橋逆變模塊、IR2136驅(qū)動(dòng)模塊、功率變換模塊、霍爾信號(hào)采集模塊和供電電源模塊。
【文檔編號(hào)】H02P6/06GK104201946SQ201410478627
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】溫嘉斌, 麻宸偉 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)