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摘要：我们主要针对于FPGA无刷直流电机控制系统进行重点分析，从其基本的设计方法以及内在理论进行了重点探讨，分析了现有方式存在的一些优点和缺点，相对应的分析了未来的发展空间。同时对于FPGA无刷直流电机的一些常用技术及其迭代产品进行简要的阐述，希望能够对基于FPGA的无刷直流电机控制系统有着更加深刻的认识，能够将其更广泛的应用于具体生产当中。
关键词：FPGA应用；无刷直流电机；控制系统；
前言
其实对于FPGA无刷直流电机控制系统我们并不陌生，这并不是全新的技术，无非就是在现有的基础上进行更多的优化，FPGA因为其丰富的编程方式以及成熟的硬件基础得到了广泛应用，无刷直流电机效率较高，稳定性较强，也得到了广泛的应用，控制系统有多种多样的设计方法，包括各种各样的控制手段，将其进行具体的分析，便能够对控制系统进行更加深入的了解，也能够在更稳定情况下进行更加高效率的生产。
1.直流电机控制系统概述
1.1直流电机的现状
在分析基于FPGA的无刷直流电机控制系统的过程中，首先要对无刷直流电机做一个简单的认识，在了解无刷直流电机的过程中，要明白现阶段的无刷直流电机存在着哪些缺陷，才能有针对性的解决问题。无刷直流电机在使用过程中要保证其稳定性，同时也要保证其快速性，在使用的过程中还要增强其抗干扰能力。基于FPGA进行无刷直流电机的设计，能够有效的利用硬件的成熟技术，同时也能够通过计算机软件进行设计，这样就提高了灵活性，在后续的无刷直流电机应用的过程中，能够根据实际情况进行软件上的修改，以此来避免硬件上的浪费，也能够节约更多的时间投入到其他方面的设计当中。在无刷直流电机进行控制系统使用的过程中，应当重点了解到其控制的主要对象便是无刷直流电机的转速，在对其进行控制的过程中有多种多样的方法，比较常见的是PID控制系统，PID控制的应用主要是希望其能够尽快的达到想要的速度，再通过后续的控制手段保证其进一步稳定，能够满足要求。对于现阶段的直流电机而言，在使用的过程中硬件层次上的设计与软件层次上设计其实都是有着一定的困难的，对于我国现阶段的技术而言，都是提出了较高的要求，在使用的过程中需要进行进一步的创新，也需要对现有的一些设备进行改善。
1.2直流电机的未来发展趋势
基于FPGA的无刷直流电机控制系统使用的过程中，FPGA在一定程度上决定了整个控制系统的灵活应用，因为其可编程的特性，能够较为灵活的使用软件进行设计。无刷直流电机控制系统在设计过程中主要是对速度进行控制，对速度进行控制现阶段的主要方法是PID控制，但是控制手段较为单一，在使用的过程中效率也比较低，很难进一步的实现快速性的控制。智能化的控制方法包括模糊PID控制等等，在使用的过程中，能够根据整个直流电机的工作习惯以及一些输出速度，输入电流进行一定的分析，统计了大量的数据之后，对其工作过程进行一定的模仿，并能够分析出一套智能化的控制方案，这样便达到了智能控制的目的。相信在不久的将来，基于FPGA无刷直流电机控制系统也能够较为成熟，这样在应用的过程中也能够较为稳定，能够更好的利用无刷直流电机驱动工厂各种设备正常运行。
2.无刷直流电机控制系统的基本设计原理
2.1FPGA的应用
对无刷直流电机控制系统而言，在其具体应用的过程中，控制方法控制理论是其核心的内容，但是对于一些基本的硬件组成却依赖于FPGA的应用，FPGA也是基本的硬件系统，在使用的过程中对于保证整个控制系统的稳定，整个设备的正常运行都有着重要的作用。FPGA简单来说就是一种可编程的控制器件，在使用的过程中，通过编程的方式对于硬件进行一定的控制。FPGA的硬件系统应该也是比较成熟的，在使用的过程中基本上可以满足需求，既不固定于传统的硬件设计，同时也不局限于软件的使用，应当是一种软硬件相互结合的控制器件。在使用的过程中极大程度上增加了灵活性，也带来了许多的便捷性。在我们日常设计的过程中，也可以发现各种各样类似的产品，在使用的过程中一些较为基础且较为繁琐的功能已经通过硬件来实现，用户也可以根据自己的需求进行使用软件设计。市面上各种各样的可编程控制器件比较丰富，对于计算机而言，在使用的过程中各种各样的接口控制器件也是比较丰富的，类似的原理均可应用在FPGA上，对无刷直流电机控制系统而言，使用FPGA的过程中，要不断的增强其灵活性以及稳定性，才能够保持控制系统的稳定运行。
2.2PWM的应用
PWM是脉宽调制的简写形式，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。在测量、通信以及功率的控制和变换领域均有着广泛的应用。在无刷直流电机的工作过程中，PWM也发挥着重要的作用。在无刷直流电机中，PWM广泛用于中小功率的电机调速控制中，但是PWM技术也有其自身的限制，他的调制谐波分量大，使得电机的消耗量大，噪声也高，对于其使用环境有很大的要求。不能保证电机有效运行，很大程度上降低电机的寿命。因此在很多时候选择采用升级版SPWM技术进行改进，SPWM技术是基于基准正弦波产生脉宽调制信号的方法，能够很好的克服PWM技术缺陷。
2.3PID控制的应用
PID是一种博而不专的调试技术，其物理意义明确，对系统的适应能力强，大部分的系统都可以使用PID进行调试，对于是否具备模型和输入数据的要求也并不严格，因此PID的使用途径广泛。但是对于具备模型的系统来说，PID的调试效果显然不够精确，这种情况下可以采用某一小类的系统控制算法，这样会比PID的控制效果好，但是这些算法通常只能用于特定领域，不能够像PID一样用于广泛的应用空间。在无刷直流电机的设计过程中，PID作为调试还是有很大的作用的，但是他在调试中也存在着一些问题，例如负载是10kg，需要保持1000转/分钟的速度，电机需要的电流是1A。那么当负载变为20kg的时候，还要保持1000转/分钟的速度，那么需要的电流可能是1.2A。带来的一个问题是，需要做负载和电流关系的表格，控制的时候去查很多张表，并且做插值。即使这样可行，我们如何动态的知道电机的负载呢？人为去设置吗？而PID恰恰是提供了一种通用的控制方法，我们也不需要关系负载的质量以及其变化，在一定范围内都可以自行调节。直接控制带来的另外一个问题是，假设负载开始是静止的，现在需要到达1000转/分钟的速度，如果直接控制假设电流是1A，那么电机可能需要缓慢的爬升才能到达1000转/分钟，而PID可以调节速度，甚至开始时的电流非常大，让电机快速加速，等速度稳定之后，电流再控制在1A左右调节，PID的实时响应非常好目前工控领域的电机控制算法大部分都是采用二级串级PID，从位置控制到速度控制，最后再到电流控制。
3.结语
总而言之，无刷直流电机的研发仍然任重道远，许多高精尖技术仍然有待突破，在技术层面上，我国的相关技术距离国际科技前沿还存在着不小的距离，因为实际的研究项目起步较晚，要依据现有的项目成果进行推进，只有打好基础才能有利于接下来的发展。因此，对于其控制系统而言，现阶段最重要的任务仍要是保证工程稳定运行，在调试过程中保证系统的稳定性和可靠性，避免在使用过程中产生严重的问题，影响到技术的进一步发展，只有在此基础上才能开拓创新。
参考文献:
[1]空调无刷直流电机控制系统研究[J].胡霞,蔡亚非,吴慧慧.佳木斯大学学报(自然科学版).2018(06)
[2]无刷直流电机无传感控制方式的优化研究[J].吕明杰.南方农机.2019(20)