【正文】 ：Simulink and Model Based .[15] Ming Fa Tsai，et al. Model Construction and Verification of a BLDC Motor Using MATLAB/Simulink and FPGA Control[C]. Proceedings of the 2011 6th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, ICIEA, 2011, 17971802.[16] 李穎，朱伯立，張威. Simulink 動態(tài)系統(tǒng)建模與仿真基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004：7576.[17] Van Den Bossche, et al. Programmable Logic Device Based Brushless DC Motor Control[C]. Proceedings of the 2011 14th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE , 2011.致 謝大學(xué)生活接近尾聲，過往經(jīng)歷歷歷在目。 第4章 總結(jié)本文提出了一種基于CPLD的無刷直流電機控制器，著重分析了控制器的硬件電路的各個模塊：三相橋逆變電路、逆變電路MOS管的驅(qū)動電路、逆變電路MOS管的過流保護電路、電源管理、CPLD主控和人機接口。其原因是，電機繞組產(chǎn)生的是非理想梯形波磁場，在磁極接近繞組中心時電磁轉(zhuǎn)矩變大，而使電機轉(zhuǎn)速提高。觀察此圖還能發(fā)現(xiàn)兩個問題，下面對其進行簡單的分析說明：（1）在僅提高PWM波頻率的情況下，電機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速明顯下降了。絕對仿真誤差（Absolute tolerance）:auto；初始仿真步長（Initial step size）:auto； 而由于系統(tǒng)中涉及電力電子器件模型，在仿真時需要通過調(diào)用Powergui模塊來設(shè)定電路的求解方式。 任務(wù)4：逆變橋MOS管過流保護控制 仿真模型直接采用BLDC模型的相電流，運算判斷是否過流而生成過流保護信號。 在獲得與電機目標(biāo)轉(zhuǎn)速大小相適應(yīng)的PWM后，可通過‘AND’邏輯加載到逆變橋的門極驅(qū)動信號上，如下圖36所示：圖36 把PWM波加載到門極驅(qū)動信號上的模塊 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖37所示：圖37 把PWM波加載到門極驅(qū)動信號上的模塊構(gòu)成 其采用上端MOS PWM調(diào)制，下端MOS 全導(dǎo)通，并用MOS自帶的反向二極管續(xù)流的方式，實現(xiàn)對電機各相電壓的PWM調(diào)壓控制。其中：g端口是逆變橋的門極輸入向量，其元素排列順序如下：[Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6]；A，B，C端口是三相橋各橋的輸出端口，有電器屬性；+， 端口是逆變橋的電源接口，有電器屬性。圖33 Universal Bridge 模塊內(nèi)置的MOSFETDiode理想開關(guān)逆變橋原理圖模塊參數(shù)設(shè)計如下：橋臂數(shù)（Number of Bridge arms）： 可以選擇構(gòu)造3個獨立的橋臂。其中：Tm：電機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸入端口。初始條件（Initial Conditions）： 指定電機的初始轉(zhuǎn)速（rad/s），電機初始角度Θm (degrees)，初始瞬時相電流（A）。電機參數(shù)選項卡（Perameters Tab）：定子相電阻（Stator Phase Resistance）： 定子各相繞組電阻Rs(Ω)。圖31 BLDC Simulink 仿真模型 Simulink沒有獨立的BLDC仿真模型，而是內(nèi)置在永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Machine）Simulink模型內(nèi)部，通過選擇梯形波逆感應(yīng)電動勢（Trapezoidal Back EMF Waveform）選項構(gòu)造實現(xiàn)。其中方塊圖，即是用數(shù)學(xué)方程描述了輸入（input）和輸出（output）之間關(guān)系。并且只要一次觸發(fā)后，在這個系統(tǒng)上電運行周期內(nèi)，始終有效，直到下次系統(tǒng)上電。任務(wù)2：電機正轉(zhuǎn)與電機轉(zhuǎn)子相適應(yīng)的繞組正向旋轉(zhuǎn)磁場；電機反轉(zhuǎn)與電機轉(zhuǎn)子相適應(yīng)的繞組反向旋轉(zhuǎn)磁場； CPLD通過控制逆變電路上MOS管的開關(guān)，來相應(yīng)控制電機各相的導(dǎo)通。 CPLD還須構(gòu)造一個用于分頻系統(tǒng)時鐘的可調(diào)分頻數(shù)的分頻器，用于產(chǎn)生驅(qū)動逆變橋MOS管的PWM波。根據(jù)硬件的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕，還可進一步把這個參數(shù)行為劃分為：轉(zhuǎn)速增加和轉(zhuǎn)速減小。 PCB設(shè)計設(shè)計的PCB如下圖23圖234 所示：圖233 控制器PCB正面圖234 控制器PCB反面圖235 控制器PCB板3D視圖 經(jīng)過多次修改，綜合考慮了PCB板的電磁兼容性和布局尺寸因素[12,13]。圖226電機轉(zhuǎn)速控制旋鈕電路：PWM生成電路電機轉(zhuǎn)速控制旋鈕電路如上圖226所示：其中虛線框中的部分電路，由555芯片的結(jié)構(gòu)（如下圖227）可知，其構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器[11] 492。故方案中實際采用的IN5819肖特基二極管（允許反向電壓40V，額定電流1A）滿足要求。圖219 LM2575結(jié)構(gòu)框圖LM2575典型應(yīng)用電路如下圖220所示（如果需要負(fù)電壓輸出，可將其輸出反接實現(xiàn)）。基準(zhǔn)源來自電源管理模塊的穩(wěn)壓輸出。顯然降低截止頻率可以明顯提高濾波效果，但同時伴隨提高的時間系數(shù)，會降低信號傳播的實時性。圖215 MOS管導(dǎo)通電流監(jiān)測報警電路子模塊下面以如圖215所示，其中一個模塊為例加以說明電路的工作原理，其與來自逆變橋第一個橋臂MOS管導(dǎo)通電流采樣電路輸出的和信號相對應(yīng)。依舊以MOS管的SRC模型來等價描述這個電路，如下圖212所示。而另一個上端MOS的驅(qū)動信號HO，以VS點的電勢為零參考點。1）芯片結(jié)構(gòu)及原理和典型電路 其主要由：輸入邏輯電路，電平轉(zhuǎn)換器，低端功率晶體驅(qū)動管和高端晶體驅(qū)動管組成。4）和IN4744構(gòu)成穩(wěn)壓電路，防止擊穿： 柵源極擊穿電壓，IN4744穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值15V。詳見逆變電路MOS管的驅(qū)動電路。通常P溝道FET的性能較差，他有較高的柵極門限電壓、較高的以及較低的飽和電流[9]。圖22 三相橋逆變電路原理圖 其三個橋臂都是完全相同的結(jié)構(gòu)，通過門極輸入的PWM控制信號，實現(xiàn)每相的PWM電壓輸出，實現(xiàn)對電機的調(diào)壓驅(qū)動。3）控制算法設(shè)計:根據(jù)已有的成熟算法，結(jié)合自身的應(yīng)用場合和功能要求，選擇一種合適的控制算法。2）控制器硬件電路設(shè)計：設(shè)計分析一種以CPLD為控制核心的有位置傳感器無刷直流電機的驅(qū)動方案?？刂破鞯娜珨?shù)字化將使系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)更加簡化。無刷直流電機主要由電機本體、驅(qū)動電路和位置傳感器三部分組成，其控制涉及電機技術(shù)、電力電子技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)和控制理論技術(shù)。因此，當(dāng)前主要采用專用集成電路(ASIC)控制器、FPGA、CPLD、單片機和DSP控制器等方式。轉(zhuǎn)矩脈動會直接降低電力傳動系統(tǒng)控制特性和驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性，并帶來振動、諧振、噪聲等問題。（7）變電機結(jié)構(gòu)法：是一種對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或定子結(jié)構(gòu)作改善，而實現(xiàn)電機的無位置傳感器控制。（3）續(xù)流二極管法：通過檢測反向并聯(lián)在驅(qū)動管上二極管的導(dǎo)通狀態(tài)來得出轉(zhuǎn)子的位置。1）無位置傳感器檢測技術(shù)無位置傳感器控制技術(shù)，顧名思義即是不用位置傳感器，而主要通過電機內(nèi)容易獲取的電壓或電流等信號，經(jīng)過一定的算法處理，間接得到轉(zhuǎn)子位置信號。圖11 永磁無刷直流電機組成框圖從上面的簡單介紹不難發(fā)現(xiàn)，無刷直流永磁電動機與有刷直流永磁電動機，工作原理基本完全一致，只是用電子換向器取代機械換向器而已。所以在對電機定位精度要求不特別高的傳動場合，永磁無刷直流電機因其控制簡單，效率高，體積小而具有明顯的優(yōu)勢[1]3。兩種電機定子繞組都是相同的，不同的是轉(zhuǎn)子磁鋼的制造不同，由此帶來了兩種電機在控制方法和性能方面的差異。因此在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如醫(yī)療機械、儀器儀表、化工、紡織以及家用電器和辦公自動化等方面都有廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：BLDC；CPLD；BLDC控制器；BLDC Simulink 仿真； AbstractBrushless DC motor (BLDC) is using electronic mutation device instead of mechanical mutation device of brush DC motor. BLDC’s speed performance has the characteristics of DC motors, and it is also has small volume, light weight, high efficiency and no excitation loss advantages. BLDC also has the advantages of AC motor, such as simple structure, reliable operation, convenient maintenance, etc…Therefore, BLDC had been using in the wide range fields of national economy, such as medical equipment, instrumentation, chemical, textile, household appliances and office automation.The control requirements of high reliability, such as fast response speed, high precision, small size. Based on MCU chip control system is generally difficult to realize this requirement. And, the cost of control system based on DSP chip is generally too high. However with all kinds of Brushless DC motor control method is being more and more mature, especially the largescale field programmable gate array FPGA, CPLD appeared, provides the possibility to realize these requirements. This topic is proposed on the basis of this background.This paper presents a brushless DC motor controller based on CPLD . Focus on the analysis of the hardware controller and its working principle. And I have pleted the design of PCB controller. According to the control task the controller had, a controller algorithm was proposed. And finally, using Simulink simulation verified that the proposed control algorithm.Key words: BLDC。 聲明人（簽名）： 年 月 日摘　要無刷直流電機（BLDC）利用電子換相裝置代替了有刷直流電機的機械換相裝置，使其既具有直流電動機的調(diào)速性能，且體積小、重量輕、效率高、無勵磁損耗等特點，同時又具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。因此在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如醫(yī)療機械、儀器儀表、化工、紡織以及家用電器和辦公自動化等方面都有廣泛的應(yīng)用。 BLDC controller。而在對系統(tǒng)提出響應(yīng)速度快、精度高、控制板體積小、可靠性高等要求下，采用基于單片機等芯片的控制系統(tǒng)一般難以實現(xiàn)這一要求，而基于DSP等芯片的控制系統(tǒng)一般成本又太高。正弦波永磁同步電機相比于方波型無刷直流電機，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用成本較高。但迄今為止，還沒有一個公認(rèn)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對無刷直流電機進行準(zhǔn)確的分類和定義，而一般人們所稱的無刷直流電機即指第一種，即具有直流電機特性的矩形波型永磁無刷直流電機（BLDC）。而他們的具體區(qū)別在于，有刷直流永磁電動機有很多獨立的繞組，也即是很多的換向器，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場的實時正交，而獲得較連續(xù)恒定的電磁轉(zhuǎn)矩