項目及可行性分析

項目名稱：基于FPGA的三相直流無刷電動機變頻控制的遠洋捕撈裝置電路設計

項目主要內容：遠洋捕撈裝置在實際的運行過程中要具有根據魷魚重量的大小而自動調節為加速或減速狀態的功能，并且要具有計量釣繩長度的能力以實現當釣繩被全部卷起時釣機自動停止的功能。

本項目采用FPGA控制三相直流電機，利用其中的EAB可以構成存放電機各相電流所需的控制波形數據表和利用FPGA設計的數字比較器可以同步產生多路PWM電流波形，對三相直流電機進行靈活控制，從而滿足遠洋捕撈裝置在實際運行過程中的所需。

創新性：使用XLINX公司的FPGA、功率器件智能模塊IPM PS21865 和霍爾傳感位置偵測，實現直流無刷電動機驅動和調速，直流無刷電動機BLDC采用電子換向器替代了傳統直流電動機的機械換向裝置，克服了電刷和換向器所引起的噪聲、火花、電磁干擾、壽命短等弊病。直流無刷電動機既具備交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等。而這些用傳統的單片機和DSP的控制都難以達到同樣的控制效果。

實用性：使用FPGA實現多路PWM控制，無須外接D/A轉換器，使外圍控制電路大大簡化，控制方式簡潔，控制精度高、控制效果好；控制器采用通用的微控制器AT89S51，技術成熟，成本低廉。

可實現性：

FPGA模塊設計是通過查詢ROM的方式，獲取所存儲的PWM波形數據，再經由數字比較器產生相應的PWM波形輸出。FPGA模塊在接收到控制器AT89S51模塊發送過來的命令后，通過對地址計數器進行控制而獲取不同PWM波形數據，可以輸出三相直流電機的旋轉方向、轉動速度、工作/停止狀態的控制信號。

IPM模塊對FPGA模塊輸出的控制信號進行功率放大，從而實現對三相直流電機速度的控制。同時，IPM模塊也會返回三相直流電機的過載保護和出錯保護信號到控制器AT89S51模塊，控制器模塊在接收到過載保護和出錯保護信號之后會向FPGA模塊發出中止命令，FPGA模塊根據命令中止三相直流電機的運轉，從而起到保護電機的作用。

項目實施方案

方案基本結構圖

圖3-1

方案描述

目前大多數遠洋漁船配備的遠洋捕撈裝置電源控制，仍是采用以往的穩恒輸出方式，即電源控制電動機的信號穩定，以實現勻速控制釣線裝置。在實際應用過程當中暴露出很多問題，傳統的控制方式不能自動應對一些特殊情況，比如捕撈魚類數量突然增多造成釣機過載，或者由于脫落造成捕撈裝置空載，以及釣線裝置已經回收結束，電動機不能自動停止，這時候無法及時變頻控制電動機的電源輸出，極容易發生事故。所以電動機變頻及控制的問題需要得到及時解決。我們小組成員計劃利用FPGA技術，設計一個三相直流無刷電動機變頻控制的遠洋捕撈裝置電路。以達到靈活智能控制釣線裝置，應對特殊情況。