基于FPGA的三相直流無刷電動(dòng)機(jī)變頻控制的電路設(shè)計(jì)

項(xiàng)目及可行性分析

項(xiàng)目名稱：基于FPGA的三相直流無刷電動(dòng)機(jī)變頻控制的遠(yuǎn)洋捕撈裝置電路設(shè)計(jì)

項(xiàng)目主要內(nèi)容：遠(yuǎn)洋捕撈裝置在實(shí)際的運(yùn)行過程中要具有根據(jù)魷魚重量的大小而自動(dòng)調(diào)節(jié)為加速或減速狀態(tài)的功能，并且要具有計(jì)量釣繩長(zhǎng)度的能力以實(shí)現(xiàn)當(dāng)釣繩被全部卷起時(shí)釣機(jī)自動(dòng)停止的功能。

本項(xiàng)目采用FPGA控制三相直流電機(jī)，利用其中的EAB可以構(gòu)成存放電機(jī)各相電流所需的控制波形數(shù)據(jù)表和利用FPGA設(shè)計(jì)的數(shù)字比較器可以同步產(chǎn)生多路PWM電流波形，對(duì)三相直流電機(jī)進(jìn)行靈活控制，從而滿足遠(yuǎn)洋捕撈裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中的所需。

創(chuàng)新性：使用XLINX公司的FPGA、功率器件智能模塊IPM PS21865 和霍爾傳感位置偵測(cè)，實(shí)現(xiàn)直流無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和調(diào)速，直流無刷電動(dòng)機(jī)BLDC采用電子換向器替代了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置，克服了電刷和換向器所引起的噪聲、火花、電磁干擾、壽命短等弊病。直流無刷電動(dòng)機(jī)既具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等。而這些用傳統(tǒng)的單片機(jī)和DSP的控制都難以達(dá)到同樣的控制效果。

實(shí)用性：使用FPGA實(shí)現(xiàn)多路PWM控制，無須外接D/A轉(zhuǎn)換器，使外圍控制電路大大簡(jiǎn)化，控制方式簡(jiǎn)潔，控制精度高、控制效果好；控制器采用通用的微控制器AT89S51，技術(shù)成熟，成本低廉。

可實(shí)現(xiàn)性：

FPGA模塊設(shè)計(jì)是通過查詢ROM的方式，獲取所存儲(chǔ)的PWM波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)由數(shù)字比較器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波形輸出。FPGA模塊在接收到控制器AT89S51模塊發(fā)送過來的命令后，通過對(duì)地址計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制而獲取不同PWM波形數(shù)據(jù)，可以輸出三相直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、工作/停止?fàn)顟B(tài)的控制信號(hào)。

IPM模塊對(duì)FPGA模塊輸出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三相直流電機(jī)速度的控制。同時(shí)，IPM模塊也會(huì)返回三相直流電機(jī)的過載保護(hù)和出錯(cuò)保護(hù)信號(hào)到控制器AT89S51模塊，控制器模塊在接收到過載保護(hù)和出錯(cuò)保護(hù)信號(hào)之后會(huì)向FPGA模塊發(fā)出中止命令，F(xiàn)PGA模塊根據(jù)命令中止三相直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而起到保護(hù)電機(jī)的作用。

項(xiàng)目實(shí)施方案

方案基本結(jié)構(gòu)圖

圖3-1

方案描述

目前大多數(shù)遠(yuǎn)洋漁船配備的遠(yuǎn)洋捕撈裝置電源控制，仍是采用以往的穩(wěn)恒輸出方式，即電源控制電動(dòng)機(jī)的信號(hào)穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)勻速控制釣線裝置。在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中暴露出很多問題，傳統(tǒng)的控制方式不能自動(dòng)應(yīng)對(duì)一些特殊情況，比如捕撈魚類數(shù)量突然增多造成釣機(jī)過載，或者由于脫落造成捕撈裝置空載，以及釣線裝置已經(jīng)回收結(jié)束，電動(dòng)機(jī)不能自動(dòng)停止，這時(shí)候無法及時(shí)變頻控制電動(dòng)機(jī)的電源輸出，極容易發(fā)生事故。所以電動(dòng)機(jī)變頻及控制的問題需要得到及時(shí)解決。我們小組成員計(jì)劃利用FPGA技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)三相直流無刷電動(dòng)機(jī)變頻控制的遠(yuǎn)洋捕撈裝置電路。以達(dá)到靈活智能控制釣線裝置，應(yīng)對(duì)特殊情況。