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基于FPGA的直流电机控制设计
作者：周柳娜来源：《数字技术与应用》2020年第07期
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摘要：本文的特点在于在FPGA平台完成对霍尔传感器输出的脉冲信号进行采集、处理，实现无刷直流电机的转子转速计算，同时结合使用直流电机功率驱动模块，共同完成对小型直流电动机的速度测量与控制1。以FPGA为开发平台，PID算法实现嵌入FPGA内部，可以保证整个测量与控制系统可定制化、开发周期短、灵活性更高。
关键词：FPGA直流电机PID中图分类号：TM33文献标识码：A文章编号：10079416（2020）070125021背景意义直流电机良好的启动性和灵活的调速特性，在国民经济发展过程中起着不可替代的作用。随着直流电动机应用场景的复杂化，功能单一的直流电动机测速与控制系统已不能满足实际需求，为适应各行业发展，设计一款可以迅速完成电机加减等复杂控制功能的直流电机测速与控制系统势在必行。2系统总体设计分析
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系统包含多个功能模块，各个功能模块间存在控制信息和数据信息的交换，设计中控制信息由各模块的端口进行交换，而数据信息的交换本设计主要采用的是异步串口通信方式2。
如图1系统设计结构无刷直流电机控制系统主要由两部分组成，包括有ARM（STM32F103RCT6）为核心的算法模块、FPGA（EP4CE6F17C8N）为核心控制模块，两个模块间采用串口通信进行信息交换。ARM核的算法模块中主要由速度环控制器、电流环控制器组成，控制器中分别编写了模糊PID、传统PID算法，实现本系统双闭环结构，闭环输入为FPGA串口发送的当前转速，输出为调节后的PWM占空比数值3。FPGA核的控制模块主要由前端获取三相霍尔信号，一路根据换逻辑设置驱动板中功率管导通顺序实现换相，另一路由FPGA进行速度检测与计算，计算值分别通过串口发送给ARM核以及在数码管中显示当前转速另外AD转换器转换当前电流值，数据经串口发送给ARM核算法模块算法模块的输出量由串口通信上传给FPGA，FPGA根据占空比数值调节驱动板中六路PWM波，实现固定频率下不同占空比调节转速。最后整个过程中串口通信的数据信息都可上传给电脑的上位机，实现实时监控4。
3硬件电路总体架构设计
系统的整体硬件框架如图2所示。为使系统可以正常运行，除要构建一个完整的FPGA的最小系统（系统电源、FPGA时钟、系统复位电路等）外，还有功率驱动电路、AD转换电路、电流信号采样回路、电平转换电路、霍尔传感器电路。本设计采用双闭环结r