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基于FPGA的开关磁阻电机间接位置检测算法研究与实现
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摘要
开关磁阻电机因其结构简单、坚固,工作可靠,效率高,由其构成的调速系统——开关磁阻电动机调速系统(SRD)运行性能和经济指标比普通的交流调速系统好。但是由于其本身的结构特点,必须实时检测转子位置来控制绕组在适合的时刻通断,使其正常运行,然而位置传感器的增加使得其结构复杂化,增加了系统结构的成本、体积,降低了系统可靠性。因此,探索实用的SRD间接位置检测算法是改善SRD性能的一个重要途径。
     本文提出了基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)的开关磁阻电机间接位置检测算法,算法以简化磁链方法为理论依据,以梯形公式为计算法则,建立了磁链计算模型,利用比较器模块输出换相控制信号,并在QuartusⅡ环境下对算法进行了仿真,仿真结果表明控制信号的输出能够准确、实时地反映当前磁链值与参考磁链值的关系,验证了算法的有效性、实时性,为实现系统优化,控制策略研究,创造了条件。
     最后论文设计了基于FPGA芯片EP1C3T144C8的SRD控制系统软硬件,利用高速模/数(A/D)转换芯片TLC5510实现电流、电压采样值的模数转换,它能提供20MSPS的最小采样率。实验中测量了不同条件下的电流波形及转速波形。
There are many advantages on SRM(Switched Reluctance Motor). It is simple with firm structure, reliable, and working with high efficiency and so on. The performance and economical indicators of the switched reluctance motor drive (SRD) system is better than the general AC speed control system. Because of its special structural features, it is necessary to detect real-time position of the rotor to control the on-off state of the rotor windings at the appropriate moment. However, the structure of the system becomes complicated when the quantity of position sensor increases. The cost and the system volume increase, and the system reliability is decreased. So it is an important way to improve the performance of SRD system by exploring practical position sensorless arithmetic.
     This paper researches the position sensorless arithmetic of Switched Reluctance Motor based on FPGA. It establishes flux calculation model with simplified flux method as theoretical basis, and trapezoid formula as calculating rule. The control signal of phase translation is generated from comparison module. The simulation results in QuartusII show that control signal can accurately reflect the relation of current flux value and referenced value. The results also validate the effectiveness with real time. The position sensorless creates good conditions for optimizing system and researching control strategy.
     Finally, this paper designs hardware and software of SRD system based on FPGA chip EP1C3T144C8. The SRD system achieves analog-digital conversion of current and voltage using high-speed A/D chip TLC5510. This chip can provide 20 MSPS as the minimum sampling rate. The waveforms of the current and speed rotation are measured in different conditions.
引文
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