[实用新型]一种基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电机控制器，尤其基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器。

背景技术

无刷直流电机(BLDC-Brushless DC Motor)具有体积小，无机械触点、寿命长、安装方便等优点，属于当前电机应用的研究热点和前沿。目前无刷直流电机控制基本上都是采用霍尔式传感器作为转子位置反馈元件。但霍尔位置传感器的存在不仅增加了电机的体积和成本，在很大程度上还成为电机的故障源之一，使系统可靠性降低。因而，无位置传感器的无刷直流电机控制方案业已成为当前的研究热点和前沿之一。

目前国内外对无刷直流电机的无位置传感器控制方案已有多种，但普遍都存在电机启停时抖动、调速范围窄、低速时难以平稳调速等缺点。虽然目前已有一些专用数字控制器如DSP、ML4425等来解决以上一些问题，但大多数实现起来硬件结构复杂，软件算法复杂，因此难以满足批量运用的需求。而FPGA具有以下优点：（1）具备接口、控制、功能IP、内嵌CPU等特点，因此有条件实现一个构造简单，固化程度高，功能全面的系统产品设计。（2）FPGA能最大限度地集成外围逻辑，提高系统的整体可靠性。（3）FPGA的环境适用范围广。其中Fusion系列的FPGA器件更是融合了数字内核、A/D转换器、Flash存储器、模拟的I/O、RTC等数字和模拟器件，极大地提高了传统FPGA器件功能的同时，更大大简化了系统设计，大幅减少电路板的面积和系统总成本。

国内外一些研究学者已经把FPGA运用于直流电机的控制中，但是尚未用FPGA来实现无位置传感器的无刷直流电机控制方案。因此本实用新型采用FPGA来实现无刷直流电机在无位置传感器控制的情况下无抖动启停、换向和连续、稳定无级变速这一技术，是一项新的、可行的技术方案，并具有良好的应用和市场前景。

特别是电动自行车生产企业，一直希望能够解决无位置传感器的无刷电机控制问题的方案，并且要做到可行、高可靠性，成本低的特点。如果无位置传感器方案能够成功，将会解决一大批类似需求的课题和项目，比如汽车电动车轮、电动助力转向机(EPS)等。因而应用前景非常广泛，市场开发潜力巨大。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器，能使无刷直流电机在无位置传感器控制的情况下，实现电机无抖动起停、换向和连续稳定无级变速的功能。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是由FPGA、电机功率驱动电路、反电动势检测电路和外部两个电位器组成，所述FPGA作为控制器的核心，在其内构建MCU控制单元、三相全桥PWM发生器、高速AD检测模块和PLL时刻发生器，所述PLL时刻发生器为MCU控制单元、三相全桥PWM发生器、高速AD检测模块提供基准时钟信号，所述MCU控制单元实现电机运转时的速度PID闭环算法控制，所述电机功率驱动电路驱动电机启停，所述反电动势检测电路和FPGA内的高速AD检测模块检测电机运转时三相所产生的反电动势大小和过零点时间，并将该信号送入MCU控制单元，所述外部电位器通过改变输入的电压值在电机启停时分别控制所述FPGA内部的三相全桥PWM发生器所产生PWM的占空比和频率。

所述的基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器，其特征在于所述FPGA外围构建LCD显示模块，所述LCD显示模块连接字符型LCD显示器。

所述的基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器，其特征是所述电机功率驱动电路由A3935三相全桥驱动器配合6个NMOS管IRF2807S驱动电机运转。

所述的基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器，其特征是所述高速AD检测模块是通过FPGA程序算法构建的。

所述的基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器，其特征是所述MCU控制单元为FPGA内用程序搭建的8051软核单片机。

所述的基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器，其特征是所述三相全桥PWM发生器通过逻辑门阵列实现。

所述的基于FPGA数字化控制的无刷电机无级变速控制器，其特征是所述无刷电机无级变速控制器内设置电流检测模块。