無刷直流電機驅動控制器的S0PC技術研究

3．2 換相控制模塊
換相控制模塊根據三相霍爾信號的狀態(見圖1)，以組合邏輯的形式輸出六路開關信號Th1～Th6(設計中開關管為低導通)，開關管Th1，Th3，Th5接收來自PWM波發生器輸出的PWM波，即系統采用半橋調制方式，其時序仿真波形如圖5所示，圖中1～6表示了一個霍爾信號周期內開關管的6個狀態(與圖1對應)。

3．3 速度調節器和電流調節器
速度環和電流環均采用增量式PI調節算法，用FPGA實現PI調節器，即用數字電路來實現PI控制算法，應用此硬件算法提高了控制器的可靠性和實時性，同時基本消除計算機給控制系統帶來的影響。PI算法的硬件邏輯結構如圖6所示。

PI算法公式如下：

式中：k為采樣序號，k=O，1，2，…；u(k)為第k次采樣時刻的輸出值；u(k-1)為第(k-1)次采樣時刻的輸出值；e(k)為第k次采樣時刻輸入的偏差值；r(k)為系統給定；c(k)為系統反饋輸入；KP為比列系數；KI為積分系數。
設計中的Clk為時鐘信號，Ref為給定信號，Fdb為反饋信號，PI_Result為PI調節器輸出，為了與AD反饋結果匹配，均采用13位有符號數表示，KP和KI為PI參數，模塊中的整體運算均采用先對數據符號進行判斷，然后再進行普通的計算，運算結果的符號由以前得出的數據符號確定。時序控制子模塊用來控制調節器中其他模塊的運算順序；求偏差模塊負責給定信號與反饋信號求差，將結果輸出給比例模塊和積分模塊；比例模塊實現比例系數與本次偏差和上次偏差之間差的乘積，積分模塊實現積分系數與本次偏差的乘積；求和模塊在上述模塊輸出有效時計算出輸出的偏差量，此偏差量和上次的輸出值求和得到本次調節的結果并輸出。PI調節算法被例化于速度調節器和電流調節器中。輸出結果限值也在模塊中設置，若輸出值大于等于系統的限幅值，則調節器以限幅值作為本次的輸出值。
3．4 電流檢測模塊
電流反饋檢測模塊包括電流采樣、濾波模塊和多路選擇器，硬件邏輯結構圖如圖7所示。電流采樣采用ADI公司的AD7862AR-2，AD7862是高速的12位并行AD芯片，最高采樣頻率為250 KSPS，內部參考電壓為+2．5 V，工作電壓為+5 V，有A和B兩個通道，每個通道又有兩個輸入端(VA1，VA2與VB1，VB2)，兩個輸入端可以同時進行轉換，系統使用A通道的兩個輸入端分別對A相和B相電流進行采樣。AD控制器輸出信號Ia_Fin和Ib_Fin分別為A相和B相電流，經過濾波電路輸出給多路選擇器，多路選擇器根據開關管狀態判斷此刻的母線電流是A相電流還是B相電流以及電流的正負關系，從而能夠準確采樣瞬時電流，提高控制精度。

根據AD7862采樣時序圖，AD控制器控制AD芯片工作，可以通過AD控制器調節AD的采樣頻率，最大到250KSPS，本模塊采樣頻率設置100 KSPS進行驗證。其仿真波形符合AD7862的采樣時序圖，并通過了測試。圖8為AD控制器的時序仿真波形。