Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
82
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG FPGA TRONG ĐIỀU KHIỂN
TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ
SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP SIN PWM
RESEARCH ON FPGA AND FPGA BASED ON SPEED CONTROL OF
3 PHASE AC INDUCTION BY USING SINUSOIDAL PWM

SVTH: Lê Ngọc Việt Linh, Hồ Trọng Nghĩa, Lê Văn Long
Lớp 05D3A, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Tấn
Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu, ứng dụng công nghệ Mảng cổng khả trình dạng trường (FPGA) của
Xilinx vào điều khiển tốc độ động cơ 3 pha bằng phương pháp Sin PWM. Xilinx FPGA là một thiết
bị logic khả trình được phát triển bởi Xilinx, được xem là thiết bị phần cứng hiệu quá trong lĩnh vực
thiết kế tạo mẫu. Đề tài sử dụng Xilinx FPGA SPARTAN XC3S100E để tạo tín hiệu Sin PWM dùng
trong lĩnh vực điều khiển tốc độ động cơ.
ABSTRACT
This project presents a Xilinx Field Programmable Gate Array (FPGA) based speed control
of AC Induction using sinusoidal PWM technique. Xilinx FPGA is a programmable logic device
developed by Xilinx which is considered as an efficient hardware for the rapid prototyping. This
project used Xilinx FPGA SPARTAN XC3S100E to generate Sinusoidal PWM signals to control the
AC Induction Motor.
1. Lời mở đầu
Phương pháp điều biến độ rộng xung Sin (Sinusoidal Pulse Width Modulation -
SinPWM) và Điều biên độ rộng xung Vectơ không gian là những phương pháp phổ biến
nhất trong lĩnh vực điều khiển động cơ xoay chiều.
Cùng với sự thành công trong việc tăng cường độ tin cậy và khả năng hoạt động,
công nghệ điều khiển số đã vượt qua điều khiển tương tự.

ref
gọi (sóng
mẫu) như ở hình 1. Sóng tam giác tần
số cao (V
c
) như hình 2 gọi là sóng
mang. Sóng mang tần số cao được đem
so sánh với tín hiệu sóng sin mẫu, giao
điểm chính là thời điểm chuyển trạng
thái.
Nếu biên độ V
ref
lớn hơn V
c
thì tín hiệu
ra ở mức cao, ngược lại thì tín hiệu ra là
mức thấp. Tín hiệu ra của xung điều
khiển SPWM được thấy như ở Hình 3.
3. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống
Sơ đồ khối tổng quát bao bao
gồm bộ điều khiển FPGA để tạo nên tín
hiệu SPWM, mạch cách ly để bảo vệ
cho bộ Kit, mạch nghịch lưu chuyển đổi
điện áp từ DC sang AC, Encoder hồi
tiếp tốc độ và động cơ xoay chiều 3 pha
không đồng bộ. Sơ đồ khối được mô tả
như hình 4.
Mạch cách ly sử dụng để cách
ly giữa bộ điều khiển FPGA và bộ
nghịch lưu PWM. Ngõ ra của FPGA điện áp được tạo ra là 3,3V, vì thế cần phải cách ly


Hình 7: PWM khi được thêm Deadband
4.2. Sine Wave Generator
Khối Sine Wave Generator đọc lần lượt giá trị từ bảng Sine Lookup Tables và nạp
vào bộ PWM. Bảng Sine Lookup Tables gồm 256 giá trị, mỗi giá trị có độ rộng 16 bits.
Tuy nhiên, tần số sóng Sine phụ thuộc vào giá trị trong bộ Sine Table. Để khắc phục hạn
chế này ta sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính, 16 bits được dùng để ghi giá trị của
bảng, 8 bits cao được dùng để lưu giá trị hiện thời và 8 bits thấp dùng để nội suy 256 giá trị
giữa giá trị hiện thời và giá trị kế tiếp.
4.3. Speed Motor
Khối Speed Motor đếm số xung từ Encoder trong 0,25 (s), sau đó thực hiện chuyển
từ số nhị phân sang số thập phân, qua bộ dồn kênh hiển thị tốc độ động cơ (vòng/ phút) ra
4 Led 7 đoạn.
4.4. Mô phỏng bằng Model Sim

Hình 8: Chương trình mô phỏng bằng Model Sim
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
86
5. Kết luận
Đề tài nghiên cứu về một công nghệ mới, một lĩnh vực mới đối với nhóm tác giả
nói riêng và các bạn sinh viên nói chung. Qua quá trình nghiên cứu nhóm tác giả thấy đề
tài mở ra nhiều hướng phát triển như:
Xây dựng mạch động lực điều khiển động cơ 3 pha không đồng bộ theo phương
pháp điều khiển vòng hở và điều khiển vòng kín, đồng thời tiến đến việc giao tiếp với các
thiết bị ngoại vi như chuột, bàn phím, màn hình.
Trong các hệ truyền động phức tạp (ứng dụng các thuật toán nâng cao) ta có thể mô
phỏng hệ thống bằng thư viện Xilinx System Generator nhúng trong Simulink của Matlab,
sau đó tạo ra file nguồn để cấu hình cho FPGA.

TÀI LIỆU THAM KHẢO