摘要: 无刷直流电动机广泛应用于各个领域,其转子位置检测方法也日益成熟.国防工业的导弹仿真高精度多轴转台、航空航天技术中的卫星姿态控制的执行机构也普遍采用无刷直流电动机伺服系统.这些系统对转子位置检测的分辨率、精度和工作稳定性等性能指标要求很... 展开 无刷直流电动机广泛应用于各个领域,其转子位置检测方法也日益成熟.国防工业的导弹仿真高精度多轴转台、航空航天技术中的卫星姿态控制的执行机构也普遍采用无刷直流电动机伺服系统.这些系统对转子位置检测的分辨率、精度和工作稳定性等性能指标要求很高.同时随着计算机、微电子技术等领域的高速发展,检测方法的数字化实现也成为重要的发展方向.而快速发展的FPGA数字技术以其独特的优越性逐渐成为复杂数字系统设计的主要方法之一.论文主要研究无刷直流电动机驱动控制系统获得转子位置信息的方法,应用FPGA对无刷直流电动机驱动控制系统中三种主要角位置测量元件的转子位置信息进行数字化处理,设计并实现相应的位置检测方案.论文首先详细分析了光电编码器位置检测系统的实现方法,给出了绝对式和增量式光电编码器基于FPGA的测角设计方案,通过仿真和实验验证设计方案的可行性.基于FPGA的增量式编码器测角方案,体现了FPGA设计的灵活性高、可移植性强、集成化程度高、可靠性强的特点.其次,利用一种低成本开关霍尔传感器实现正弦驱动的测角方案,即采用两相正交霍尔传感元件进行混合转子位置预估的方法.并实现了基于FPGA的测角电路设计.该方案具有低成本、高可靠性的优点.最后,在分析旋转变压器位置检测原理的基础上,参照美国AD公司专用轴角变换芯片AD2S80A的工作原理,设计实现一种基于FPGA的二阶跟踪鉴幅型测角方案.对旋转变压器转子位置检测方法的误差进行分析,并提出改进算法.在二阶跟踪鉴幅型检测方案基础上,利用转子位置角度的正切值来计算转子位置角度信息,设计并实现相应的FPGA测角方案.该文中所有FPGA设计的模块均采用Verilog HDL语言进行描述并在Quartus Ⅱ开发软件下完成编译和仿真.所有设计方案的IP核均具有可移植性和通用性,可以共用IP核构成多种转子磁极位置检测方案,亦可与其它IP核组成整个电机驱动控制单元. 收起