基于Actel Fusion FPGA的無刷電機(jī)控制器

　　2．3 三相PWM產(chǎn)生

　　設(shè)計(jì)方案中采用Fusion的邏輯門電路實(shí)現(xiàn)了PWM頻率和占空比可連續(xù)調(diào)節(jié)的PWM發(fā)生模塊。其中，設(shè)定的頻率參數(shù)和占空比可根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器采集的電位器電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的參數(shù)值，只要調(diào)節(jié)外部電位器就能產(chǎn)生6路占空比可調(diào)的PWM信號(hào)波形。下面給出的相關(guān)代碼是采用VerilogHDL語言編寫的一部分三相PWM的源碼。圖2示出用示波器測(cè)出的其中兩路PWM信號(hào)波形。

　　2．4 反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)

　　實(shí)現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)原理是：無刷直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，同一時(shí)間只有兩相繞組處于工作狀態(tài)，即該兩相所對(duì)應(yīng)的功率器件處于PWM狀態(tài)，而第三相處于懸空狀態(tài)，其端電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)就發(fā)生在該相繞組懸空期間。此時(shí)通過檢測(cè)端電壓就能間接檢測(cè)該相反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)。該控制器的反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)采用Fusion系列FPGA器件內(nèi)部的模擬模塊，三相端電壓經(jīng)過電阻分壓濾波后送入Fusion系列FPGA器件內(nèi)的12位A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行分時(shí)采樣。Fusion系列FPGA器件內(nèi)部采用分時(shí)循環(huán)采樣電位器設(shè)定電壓和三相繞組的反電動(dòng)勢(shì)電壓，A／D轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換結(jié)果分別存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器。A／D轉(zhuǎn)換器循環(huán)采樣部分的

　　圖3示出用示波器測(cè)量到的實(shí)際反電動(dòng)勢(shì)μ1和μ2的波形，由于反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)經(jīng)過一定的模擬濾波處理，信噪比較好，便于FPGA進(jìn)行過零點(diǎn)檢測(cè)。

　　2．5 控制軟件設(shè)計(jì)

　　上述有關(guān)PWM產(chǎn)生模塊和A／D轉(zhuǎn)換器循環(huán)采樣模塊都是用Verilog HDL語言編寫的，在Actel Libero IDE集成開發(fā)環(huán)境下編譯通過并作為模塊調(diào)用，而調(diào)速控制算法的實(shí)現(xiàn)則使用了Fusion系列FPGA器件內(nèi)部的8051軟核實(shí)現(xiàn)，開發(fā)工具是Keil C。圖4示出51軟核的算法流程。

　　3 結(jié)論

　　無刷電機(jī)控制器硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上分別編制開發(fā)了FPGA內(nèi)部各功能單元，并進(jìn)行了編譯鏈接和引腳分配。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)無刷電機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。所用無刷電機(jī)24 V供電，額定轉(zhuǎn)速l 600 r／min。由該FPGA控制器控制的調(diào)速范圍為760~1 600 r／min內(nèi)連續(xù)可調(diào)。該控制器的實(shí)現(xiàn)充分體現(xiàn)了Actel Fusion系列混合信號(hào)FPGA在模數(shù)混合系統(tǒng)應(yīng)用中的高度集成性，真正單片SoC的優(yōu)點(diǎn)，為Fusion系列FPGA器件的應(yīng)用提供了參考價(jià)值。