无刷直流电机驱动控制器的S0PC技术研究

3．2 换相控制模块
换相控制模块根据三相霍尔信号的状态(见图1)，以组合逻辑的形式输出六路开关信号Th1～Th6(设计中开关管为低导通)，开关管Th1，Th3，Th5接收来自PWM波发生器输出的PWM波，即系统采用半桥调制方式，其时序仿真波形如图5所示，图中1～6表示了一个霍尔信号周期内开关管的6个状态(与图1对应)。

3．3 速度调节器和电流调节器
速度环和电流环均采用增量式PI调节算法，用FPGA实现PI调节器，即用数字电路来实现PI控制算法，应用此硬件算法提高了控制器的可靠性和实时性，同时基本消除计算机给控制系统带来的影响。PI算法的硬件逻辑结构如图6所示。

PI算法公式如下：

式中：k为采样序号，k=O，1，2，…；u(k)为第k次采样时刻的输出值；u(k-1)为第(k-1)次采样时刻的输出值；e(k)为第k次采样时刻输入的偏差值；r(k)为系统给定；c(k)为系统反馈输入；KP为比列系数；KI为积分系数。
设计中的Clk为时钟信号，Ref为给定信号，Fdb为反馈信号，PI_Result为PI调节器输出，为了与AD反馈结果匹配，均采用13位有符号数表示，KP和KI为PI参数，模块中的整体运算均采用先对数据符号进行判断，然后再进行普通的计算，运算结果的符号由以前得出的数据符号确定。时序控制子模块用来控制调节器中其他模块的运算顺序；求偏差模块负责给定信号与反馈信号求差，将结果输出给比例模块和积分模块；比例模块实现比例系数与本次偏差和上次偏差之间差的乘积，积分模块实现积分系数与本次偏差的乘积；求和模块在上述模块输出有效时计算出输出的偏差量，此偏差量和上次的输出值求和得到本次调节的结果并输出。PI调节算法被例化于速度调节器和电流调节器中。输出结果限值也在模块中设置，若输出值大于等于系统的限幅值，则调节器以限幅值作为本次的输出值。
3．4 电流检测模块
电流反馈检测模块包括电流采样、滤波模块和多路选择器，硬件逻辑结构图如图7所示。电流采样采用ADI公司的AD7862AR-2，AD7862是高速的12位并行AD芯片，最高采样频率为250 KSPS，内部参考电压为+2．5 V，工作电压为+5 V，有A和B两个通道，每个通道又有两个输入端(VA1，VA2与VB1，VB2)，两个输入端可以同时进行转换，系统使用A通道的两个输入端分别对A相和B相电流进行采样。AD控制器输出信号Ia_Fin和Ib_Fin分别为A相和B相电流，经过滤波电路输出给多路选择器，多路选择器根据开关管状态判断此刻的母线电流是A相电流还是B相电流以及电流的正负关系，从而能够准确采样瞬时电流，提高控制精度。

根据AD7862采样时序图，AD控制器控制AD芯片工作，可以通过AD控制器调节AD的采样频率，最大到250KSPS，本模块采样频率设置100 KSPS进行验证。其仿真波形符合AD7862的采样时序图，并通过了测试。图8为AD控制器的时序仿真波形。