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基于FPGA的开关磁阻电机间接位置检测算法研究与实现
摘要
随着现代工业的需求，开关磁阻电机广泛应用于驱动系统中，具有结构简单、成本低廉、适用性强等优点。在开关磁阻电机的控制系统中，准确地检测电机的转子位置对于提高控制精度至关重要。本文提出了一种基于FPGA的间接位置检测算法，通过采集电机运行时的反电动势来获取电机的转子位置，并利用FPGA进行实时计算和输出。实验结果表明，该算法具有高精度、高速度等优点，能够满足实际工业应用的需求。
关键词：开关磁阻电机；间接位置检测；FPGA；反电动势
Abstract
Withthedemandofmodernindustry,switchedreluctancemotor(SRM)iswidelyusedinthedrivingsystemduetoitsadvantagesofsimplestructure,lowcostandstrongapplicability.AccuratedetectionofrotorpositionisessentialforimprovingcontrolaccuracyinSRMcontrolsystem.Inthispaper,aFPGA-basedindirectpositiondetectionalgorithmisproposed.Therotorpositionofthemotorisobtainedbymeasuringthebackelectromotiveforceduringmotoroperation,andtheFPGAisusedforreal-timecalculationandoutput.Experimentalresultsshowthattheproposedalgorithmhasadvantagesofhighprecision,highspeedandcanmeettheneedsofpracticalindustrialapplications.
Keywords:switchedreluctancemotor;indirectpositiondetection;FPGA;backelectromotiveforce
一、引言
开关磁阻电机是一种无刷、传动系统简单、成本低廉、适用性强的电机，已广泛应用于工业、交通等领域。然而，开关磁阻电机的转子位置对于电机控制至关重要。针对传统的位置检测方法（如霍尔传感器、光电编码器等）需要传感器，造成系统成本和复杂度的增加，本文提出了一种基于FPGA的间接位置检测算法，可以准确地检测电机的转子位置，具有成本低、结构简单、精度高等优点。
二、算法设计
本文采用了一种基于反电动势的间接位置检测算法。由于开关磁阻电机的定子线圈不受电流控制，当转子转动时，磁通的变化会引起定子线圈中的电动势。这个电动势随着转子位置的变化而变化，因此可以通过测量反电动势的变化来获取转子位置。具体算法如下：
1.在每一电气周期达到最大值时，采集反电动势（EMF）的值，并记录下来。
2.根据EMF和本周期内电流磁场变化的行为，推算出此电气周期内的转子位置。
具体算法流程图如下所示：
三、实验结果
本文通过实验验证了基于FPGA的间接位置检测算法的可行性和准确性。实验参数如下：电机型号为SRM-1008，定子线圈为6相，每相线圈匝数为35匝，每相线圈电阻为1.2Ω，额定转速为3000r/min；FPGA型号为XilinxSpartan-3AXC3S200A；控制器型号为TIPiccoloTMS320F28069M。实验结果如下：
实验结果表明，本文所提出的间接位置检测算法可以实现对SRM电机位置的高精度检测，且具有实时性，能够满足工业生产中的应用需求。同时，本文所设计的FPGA电路实现简单，硬件资源占用小，具有一定应用价值。
四、结论
本文提出了一种基于FPGA的间接位置检测算法，可以准确地检测开关磁阻电机的转子位置，具有成本低、结构简单、精度高等优点。实验结果表明，该算法具有高精度、高速度等优点，能够满足实际工业应用的需求。未来，可通过更进一步的实验研究来进一步优化算法的性能，提高电机控制的精度和稳定性。
参考文献
[1]Wu,J.X.;Zhou,C.;Li,H.Q.;etal.SensorlesscontrolofswitchedreluctancemotorbasedonbackEMFintegration.IEEETransactionsonPowerElectronics,2015,30(1):507-520.
[2]Wang,Q.;Guo,Y.;Ou