Design of a Field Programmable Gate Array Based Controller for a Three Phase Brushless Direct Current Motor

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

The simple design of Brushless Direct Current Motors (BLDCMs) provides many inherent advantages in terms of low inertia, high torque, and a very wide range of speeds not offered with Brushed DC Motors (BDCMs). In addition, the BLDCMs have a longer service life because of a lack of electrical and friction losses compared with the conventional BDCMs. However, the BLDC motor control system is quite complex because of its nonlinear nature. Such a system requires a high-speed processor to execute a control algorithm. The main objective of this work is to design and implement a digital speed and direction controller to drive the BLDCM using Field Programmable Gate Arrays (FPGA). The FPGA kit drives a six-pulse three-phase voltage source inverter (VSI) using a high-frequency counter-based pulse width modulation (HFCB-PWM) technique. The controller is tested experimentally to validate its effectiveness in controlling the speed and direction of the BLDCMs. The BLDCM commutation technique is based on three built-in Hall sensors. The open-loop control is designed via Matlab/Simulink software for BLDCM speed control by changing the duty cycle. The open-loop control algorithm is implemented using the FPGA board. The control algorithm is coded using hardware description language (VHDL) under Quartus II design software version 13. The simulation and experimental results show that the control technique used in this work is easy, low cost, less complex, and uses fewer FPGA logic elements when compared with previous works. The speed control algorithm is tested experimentally using an EQFP, Cyclone IV, Altera (FPGA) board as the hardware platform of the proposed digital controller. The three-phase BLDC motor is driven by a three-phase voltage source inverter and 3-Hall sensors, each rated at 24V, 105W. The inverter implemented in this study is composed of six IRF2807 SMOSFET switches. These switches are driven from the gate driver circuitry. The good agreement between the experimental and simulation results shows the correct performance of the proposed control drive and the BLDCM simulation model.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

00048f29-1942-4f67-a7b5-c6c5e7f4b530

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

996658_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

تصميم مسيطر اعتمادا على مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة لمحرك تيار مستمر ثلاثي الأطوار عديم الفرش

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"إكرام حسن جابر الزيدي","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"تهاني حمودي مزهر المهنا","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"حيدر مهدي عبد الرضا","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Design of a Field Programmable Gate Array Based Controller for a Three Phase Brushless Direct Current Motor

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

يوفر التصميم البسيط لمحركات التيار المستمر الخالية من الفرشاة (BLDCMs) العديد من المزايا المتأصلة من حيث القصور الذاتي المنخفض وعزم الدوران العالي ونطاق السرعات الواسع، والتي لا تتوفر مع محركات التيار المستمر المصقول (BDCMs). بالإضافة إلى ذلك، تتميز محركات BLDC بعمر خدمة أطول بسبب نقص الخسائر الكهربائية والاحتكاك مقارنة مع المحركات التقليدية BDCMs. ومع ذلك، فإن نظام التحكم في محرك BLDC معقد للغاية بسبب طبيعته غير الخطية. يتطلب مثل هذا النظام معالجًا عالي السرعة لتنفيذ خوارزمية التحكم. الهدف الرئيسي من هذا العمل هو تصميم وتنفيذ وحدة تحكم رقمية بالسرعة والاتجاه لقيادة محرك BLDC باستخدام مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGA). تقود لوحة FPGA عاكسًا ثلاثي الأطوار من ست نبضات باستخدام تقنية تضمين عرض النبضة القائم على العداد عالي التردد (HFCB-PWM). تم اختبار وحدة التحكم بشكل تجريبي للتحقق من فعاليتها في التحكم في سرعة واتجاه محرك BLDC. تعتمد تقنية تبديل محرك BLDC على ثلاثة مستشعرات هول مدمجة. تم تصميم التحكم في الحلقة المفتوحة عبر برنامج Matlab/Simulink للتحكم في سرعة المحرك عن طريق تغيير دورة العمل. تم تنفيذ خوارزمية التحكم في الحلقة المفتوحة باستخدام لوحة FPGA. تم ترميز خوارزمية التحكم باستخدام لغة وصف الأجهزة (VHDL) ضمن برنامج التصميم Quartus II إصدار 13. أظهرت نتائج المحاكاة والنتائج التجريبية أن التقنية المستخدمة في هذا العمل سهلة، منخفضة التكلفة، أقل تعقيدًا، وتستخدم عناصر منطقية أقل في FPGA عند مقارنتها بالأعمال السابقة. تم اختبار خوارزمية التحكم في السرعة بشكل تجريبي باستخدام لوحة FPGA Altera عائلة Cyclone IV التي تمثل المنصة العملية للوحدة المقترحة. يتم قيادة محرك BLDC ثلاثي الأطوار بجهد 24 فولت وقدرة 105 واط بواسطة عاكس مصدر جهد ثلاثي الأطوار وثلاثة مستشعرات هول. يتكون العاكس المنفذ في هذه الدراسة من ستة مفاتيح IRF2807S MOSFET، وتتم قيادتها بواسطة دائرة سائق البوابة. توضح النتائج التجريبية واتفاقها مع نتائج المحاكاة الأداء الصحيح لمحرك التحكم المقترح ونموذج محاكاة BLDCM.

كلمات الباحثين

Brushless DC Motor (BLDCM), FPGA, Digital Control, Pulse Width Modulation (PWM), Matlab/Simulink, VHDL, Three-Phase Inverter, Hall Sensors

إشراف وإعداد

الإشراف

تهاني حمودي مزهر المهنا, حيدر مهدي عبد الرضا

الإعداد

إكرام حسن جابر الزيدي

الاقتباسات الببليوغرافية