無刷直流電機(jī)驅(qū)動控制器的S0PC技術(shù)研究

3．2 換相控制模塊
換相控制模塊根據(jù)三相霍爾信號的狀態(tài)(見圖1)，以組合邏輯的形式輸出六路開關(guān)信號Th1～Th6(設(shè)計(jì)中開關(guān)管為低導(dǎo)通)，開關(guān)管Th1，Th3，Th5接收來自PWM波發(fā)生器輸出的PWM波，即系統(tǒng)采用半橋調(diào)制方式，其時序仿真波形如圖5所示，圖中1～6表示了一個霍爾信號周期內(nèi)開關(guān)管的6個狀態(tài)(與圖1對應(yīng))。

3．3 速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器
速度環(huán)和電流環(huán)均采用增量式PI調(diào)節(jié)算法，用FPGA實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器，即用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)PI控制算法，應(yīng)用此硬件算法提高了控制器的可靠性和實(shí)時性，同時基本消除計(jì)算機(jī)給控制系統(tǒng)帶來的影響。PI算法的硬件邏輯結(jié)構(gòu)如圖6所示。

PI算法公式如下：

式中：k為采樣序號，k=O，1，2，…；u(k)為第k次采樣時刻的輸出值；u(k-1)為第(k-1)次采樣時刻的輸出值；e(k)為第k次采樣時刻輸入的偏差值；r(k)為系統(tǒng)給定；c(k)為系統(tǒng)反饋輸入；KP為比列系數(shù)；KI為積分系數(shù)。
設(shè)計(jì)中的Clk為時鐘信號，Ref為給定信號，F(xiàn)db為反饋信號，PI_Result為PI調(diào)節(jié)器輸出，為了與AD反饋結(jié)果匹配，均采用13位有符號數(shù)表示，KP和KI為PI參數(shù)，模塊中的整體運(yùn)算均采用先對數(shù)據(jù)符號進(jìn)行判斷，然后再進(jìn)行普通的計(jì)算，運(yùn)算結(jié)果的符號由以前得出的數(shù)據(jù)符號確定。時序控制子模塊用來控制調(diào)節(jié)器中其他模塊的運(yùn)算順序；求偏差模塊負(fù)責(zé)給定信號與反饋信號求差，將結(jié)果輸出給比例模塊和積分模塊；比例模塊實(shí)現(xiàn)比例系數(shù)與本次偏差和上次偏差之間差的乘積，積分模塊實(shí)現(xiàn)積分系數(shù)與本次偏差的乘積；求和模塊在上述模塊輸出有效時計(jì)算出輸出的偏差量，此偏差量和上次的輸出值求和得到本次調(diào)節(jié)的結(jié)果并輸出。PI調(diào)節(jié)算法被例化于速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器中。輸出結(jié)果限值也在模塊中設(shè)置，若輸出值大于等于系統(tǒng)的限幅值，則調(diào)節(jié)器以限幅值作為本次的輸出值。
3．4 電流檢測模塊
電流反饋檢測模塊包括電流采樣、濾波模塊和多路選擇器，硬件邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。電流采樣采用ADI公司的AD7862AR-2，AD7862是高速的12位并行AD芯片，最高采樣頻率為250 KSPS，內(nèi)部參考電壓為+2．5 V，工作電壓為+5 V，有A和B兩個通道，每個通道又有兩個輸入端(VA1，VA2與VB1，VB2)，兩個輸入端可以同時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)使用A通道的兩個輸入端分別對A相和B相電流進(jìn)行采樣。AD控制器輸出信號Ia_Fin和Ib_Fin分別為A相和B相電流，經(jīng)過濾波電路輸出給多路選擇器，多路選擇器根據(jù)開關(guān)管狀態(tài)判斷此刻的母線電流是A相電流還是B相電流以及電流的正負(fù)關(guān)系，從而能夠準(zhǔn)確采樣瞬時電流，提高控制精度。

根據(jù)AD7862采樣時序圖，AD控制器控制AD芯片工作，可以通過AD控制器調(diào)節(jié)AD的采樣頻率，最大到250KSPS，本模塊采樣頻率設(shè)置100 KSPS進(jìn)行驗(yàn)證。其仿真波形符合AD7862的采樣時序圖，并通過了測試。圖8為AD控制器的時序仿真波形。