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基于FPGA的无刷直流电机模糊控制器的设计与研究
资料介绍
无刷直流电机以其结构简单、机械特性好、调速特性好等优势广泛应用于电动车、航空航天等领域。同时，无刷直流电机及其控制技术在发展过程中也面临着不断的困难和挑战。目前，大多数电机控制器都以DSP或单片机为主控芯片，然而，这种软件执行的控制器存在一定的问题。在无刷直流电机的应用场合，往往存在许多尖峰脉冲,这些脉冲输入到控制器，会干扰控制器的CPU，导致程序跑飞等现象，造成系统不稳定。针对此问题，本文提出了基于FPGA的无刷直流电机全硬件控制器，充分利用FPGA硬件执行的特点，提高无刷直流电机抗干扰能力，提升执行速度及控制精度。
本文首先从无刷直流电机的结构入手，针对传统PI控制算法存在的响应性能差、控制效果不佳等问题，结合智能控制领域的模糊控制理论提出了模糊自适应PI控制算法。同时分析了无刷直流电机转矩脉动的产生原因，提出了针对电机运行中非导通相二极管续流引起的转矩脉动的抑制方法，即不同于常用PWM调制方式的PWM_ON_PWM调制方式。
本文利用MATLAB的模糊工具箱设计了模糊 PI控制器，并利用SIMULINK搭建了无刷直流电机控制系统模型。对控制系统进行仿真分析，比较了模糊PI与传统PI控制的控制性能，PWM_ON_PWM与H_PWM-L_ON调制方式对转矩脉动的影响。设计FPGA控制器，利用自顶向下及模块化的设计理念构建全数字功能模块，最大限度发挥FPGA的优势。设计系统的硬件电路并搭建基于FPGA的无刷直流电机控制系统实验平台。
最后，进行实验验证并得出最终结论。基于FPGA的无刷直流电机控制器执行速度快，控制精度高，抗干扰能力强；模糊 PI相较于传统 PI控制有着更好的性能；PWM_ON_PWM相较于H_PWM-L_ON调制方式对转矩脉动有着更好的抑制效果。
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