基于fpga的无刷直流电机控制软件篇之霍尔信号.docx

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基于fpga的无刷直流电机控制软件篇之霍尔信号

基于fpga的无刷直流电机控制软件篇之霍尔信号）

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霍尔信号根据在电机安装位置的不同，有2种不同的时序图，分别是60度和120度。

这个要根据电机的厂家提供的资料。

我这次选型的电机是60度。

时序图如下：

s1-s6分别对应6个状态，每一个状态的电气角度是60度。

霍尔信号在这里不仅要用来换向。

还要用测速，提高电机控制系统的测速反馈。

先来说换向。

s1-s6代表6个状态，每个状态对应6个开关管的开启和关闭。

上图为6个状态对应霍尔信号逻辑电平和对应6个开关管的开关逻辑状态。

软件部分这里很好处理，简单的状态机就可以实现了。

但是，不要忘记我们的集成模块是dvr8312，它的控制接口为pwm_apwm_b,pwm_crst_a,rst_b,rst_c,并不是对应6个开关管。

这是dvr8312手册上给出的用常规6个开关管信号的逻辑图。

我们就按手册的来。

程序如下：

`timescale1ns/1ps

modulePWM_ctrl（clk,rst_n,

    pwm_ah,pwm_bh,pwm_ch,

    rst_an,rst_bn,rst_cn,

    hall_a,hall_b,hall_c

    ）;

inputclk;

inputrst_n;

inputhall_a;        //三相霍尔信号

inputhall_b;

inputhall_c;

outputpwm_ah;        //a相输出

outputpwm_bh;        //b相输出

outputpwm_ch;        //c相输出

outputrst_an;        //rst_a输出

outputrst_bn;        //rst_b输出

outputrst_cn;        //rst_c输出

//---------------------------------------------------------------------

//霍尔换相分为6状态每状态只有2相通电 

//      s1  s2  s3  s4  s5  s6

//hall_a  1  1  1  0  0  0

//hall_b  0  0  1  1  1  0

//hall_c  1  0  0  0  1  1

//pwm_ah  1  1  0  0  0  0

//pwm_al  0  0  0  1  1  0

//pwm_bh  0  0  1  1  0  0

//pwm_bl  1  0  0  0  0  1

//pwm_ch  0  0  0  0  1  1 

//pwm_cl  0  1  1  0  0  0

//----------------------------------------------------------------------

reg[2:

0]hall1;

reg[2:

0]hall2;

regpwm_ahr;

regpwm_bhr;

regpwm_chr;

regpwm_alr;

regpwm_blr;

regpwm_clr;

//reg  [9:

0]ctrl_reg;

reg  pwm_reg;

reg[9:

0]cnt;

parameterctrl_reg=200;

always@（posedge clkornegedgerst_n）

  if（!

rst_n）begin

  pwm_reg<=  1'b0;

  cnt<=10'b0;

  end

  elsebegin

  if（cnt<=ctrl_reg）

  pwm_reg<=1'b1;

  elsepwm_reg<=1'b0;

  end

always@（posedgeclkornegedgerst_n）

  if（!

rst_n）cnt<=10'b0;

  elsecnt<=cnt+1'b1;

always@（posedgeclkornegedgerst_n）

  if（!

rst_n）begin

  hall1<=3'b0;

  hall2<=3'b0;

  end

  elsebegin

  hall1<={hall_a,hall_b,hall_c};

  hall2<=hall1;

  end

//------------------------------------------------------------------------

always@（posedgeclkornegedgerst_n）

  if（!

rst_n）begin

  pwm_ahr<=1'b0;

  pwm_bhr<=1'b0;

  pwm_chr<=1'b0;

  pwm_alr<=1'b0;

  pwm_blr<=1'b0;

  pwm_clr<=1'b0;

  end

  elsebegin

  case（hall2）

  3'b101:

begin

    pwm_ahr<=pwm_reg;

    pwm_bhr<=1'b0;

    pwm_chr<=1'b0;

    pwm_alr<=1'b0;

    pwm_blr<=pwm_reg;

    pwm_clr<=1'b0;

    end

  3'b100:

begin

    pwm_ahr<=pwm_reg;

    pwm_bhr<=1'b0;

    pwm_chr<=1'b0;

    pwm_alr<=1'b0;

    pwm_blr<=1'b0;

    pwm_clr<=pwm_reg;

    end

  3'b110:

begin

    pwm_ahr<=1'b0;

    pwm_bhr<=pwm_reg;

    pwm_chr<=1'b0;

    pwm_alr<=1'b0;

    pwm_blr<=1'b0;

    pwm_clr<=pwm_reg;

    end

  3'b010:

begin

    pwm_ahr<=1'b0;

    pwm_bhr<=pwm_reg;

    pwm_chr<=1'b0;

    pwm_alr<=pwm_reg;

    pwm_blr<=1'b0;

    pwm_clr<=1'b0;

    end

  3'b011:

begin

    pwm_ahr<=1'b0;

    pwm_bhr<=1'b0;

    pwm_chr<=pwm_reg;

    pwm_alr<=pwm_reg;

    pwm_blr<=1'b0;

    pwm_clr<=1'b0;

    end

  3'b001:

begin

    pwm_ahr<=1'b0;

    pwm_bhr<=1'b0;

    pwm_chr<=pwm_reg;

    pwm_alr<=1'b0;

    pwm_blr<=pwm_reg;

    pwm_clr<=1'b0;

    end

  default:

;

  endcase

  end

assignrst_an=pwm_ahr|pwm_alr;

assignrst_bn=pwm_bhr|pwm_blr;

assignrst_cn=pwm_chr|pwm_clr;

assignpwm_ah=pwm_ahr;

assignpwm_bh=pwm_bhr;

assignpwm_ch=pwm_chr;

//-----------------------------------------------------------------------------

endmodule

如果要换向的话，只需要改变状态切换顺序就可以。

这里就不详细说了。

简要说明，软件思路，计数器计数，pwm_reg为经过控制算法处理后的控制量，和计数器进行比较，如果小于输出高电平，大于输出低电平。

仿真图如下：

占空比为50%时。

可以明显看到每个换向状态只有2个管开，而且分别对应一上一下。

具体计数器的位数选择我会在以后的系统连接中作说明。

没有整个系统的联系这个位数是无法确定的。

位数也同样决定了时钟频率。

作为电机控制的2个环路之一速度环。

  这里采用霍尔信号进行测速。

再来看霍尔的时序图

一次高电平对应180度的电气角度。

如果对高电平进行计数，计数值就对应180度的电气角度。

计数时间就是时钟周期与计数值的积，这就得到电气速度。

相对应机械角度要查看电机的磁极对数，电气速度/磁极对数就是相应的机械速度。

利用霍尔信号测速的方法有分两种。

一种就是如我之前说的对高电平计数，还有一种就是固定一个时间内对霍尔信号的高电平计数。

同样也可得到速度。

这部分我参考了很多资料。

最后选用一种对2相霍尔信号取与非，得到一个一个霍尔开关状态下的高电平，用计数器对这个高电平计数的方法。

这部分具体效果如果只能等实际测定后才能下结论。

程序如下：

odulespeed_get（clk,rst_n,hall_a,hall_b,speed

  ）;

inputclk;

inputrst_n;

inputhall_a;

inputhall_b;

//inputhall_c;

output[15:

0]speed;

reghall_ar1,hall_ar2;

reghall_br1,hall_br2;

//reghall_cr1,hall_cr2;

always@（posedgeclkornegedgerst_n）

  if（!

rst_n）begin

  hall_ar1<=1'b0;

  hall_ar2<=1'b0;

  hall_br1<=1'b0;

  hall_br2<=1'b0;

  end

  elsebegin

  hall_ar1<=hall_a;

  hall_ar2<=hall_ar1;

  hall_br1<=hall_b;

  hall_br2<=hall_br1;

  end

wirehall_speed=hall_ar2&&（~hall_br2）;

reghall_speed1;

always@（posedgeclkornegedgerst_n）

  if（!

rst_n）begin

  hall_speed1<=1'b0;

  end

  elsebegin

  hall_speed1<=hall_speed;

  end

wirehall_neg=hall_speed1&&~hall_speed;

wirehall_pos=~hall_speed1&&hall_speed;

reg[15:

0]cnt_speed;

reg[15:

0]speed_reg;

reg[1:

0]state;

always@（posedgeclkornegedgerst_n）

  if（!

rst_n）begin

  cnt_speed<=16'b0;

  state<=2'b00;

  end

  elsebegin

  case（state）

    2'b00:

begin

      if（hall_pos）state<=2'b1;

      elsestate<=1'b0;

    end

    2'b01:

begin

      cnt_speed<=cnt_speed+1'b1;

    if（hall_neg） 

      state<=2'b11;

    elsestate<=2'b01;

    end

    2'b11:

begin

      speed_reg<=cnt_speed;

      cnt_speed<=16'b0;

      state<=2'b00;

    end

  default:

state<=2'b00;

  endcase

    end

assignspeed=speed_reg;  

endmodule

对于这个高电平，我做了边沿检测处理，用这2个检测脉冲来启动和清零计数器。

仿真图：