基于FPGA的电涡流缓速器控制系统

3.我国电涡流缓速器现状

电涡流缓速器做为汽车的二级刹车系统，相关技术源自于欧美等发达国家。在90年代末期我国等一些民营企业逐渐引进相关技术，历经发展近20年但是目前中国所有企业生产的缓速器系统，其整车配套的两年故障率都高达20%以上，造成此问题的核心是中国企业几乎没有够档次的开发机构和够用的开发资金。所有企业都期望跳过开发阶段直接进入成品生产阶段。然而这却是不可能的。现在大多数企业的做法是以仿制开始，以尽可能少的投入、尽可能快的时间进入投产阶段。但是这样做无可避免的带来很多的麻烦。产品的不完善必然在今后暴露出问题来。所以就有了今天这样的局面。

现在是个市场决定产品的时代，而缓速器系统的和性部件跟灵魂就是缓速器控制器目前市场上缓速器控制器基本是两种控制方式：继电器控制和电子开关式控制。两种控制方式应该说目前各有利弊。继电器式控制机构简单、成本低、维修方便。但是控制方式单一，功率分配不够合理。电子开关式控制器功能强、控制方式合理，但是缺点是可靠性及环境应力较差。而基于FPGA的电涡流缓速器的控制系统则并未进行批量化应用，FPGA的智能型控制器，可以有非常强的自诊断功能，可以有效的防止负载、电源变化带来的危害。另外这种缓速控制器一般都有恒速功能，以及其他尚待开发的升级功能等。这些继电器控制器完全不能够比拟及不可能实现的功能，纵观整个行业发展及从汽车工业长远发展的目光来看，基于FPGA的电涡流缓速器控制系统肯定要取代继电器的控制方式以及目前的模拟电子无触电控制系统，成为电涡流缓速器的控制系统的主流。

4.节能型电涡流缓速器

目前大部分电涡流缓速器利用蓄电池或自带发电机来产生励磁电流，这两种方法在缓速时都不能最优化地将车辆所具有的动能转化为刹车能量。

本系统根据电涡流缓速器制动力矩的大小对自发电机和蓄电池进行调度，电涡流缓速器制动力矩公式如下：

这里，lg为气隙间距; d为铁心直径;R1为励磁线圈中心点的半径;Np为磁极对数; N为励磁线圈绕组匝数;I为励磁线圈绕组电流;r为转子盘电阻率;mr为转子盘相对磁导率;w为转子角速度。

当车速较大时，自发电机在一定电压下的输出电流大于I，将一部分电能用于制动，剩下的电能储存到蓄电池;当车速较慢时，自发电机在一定电压下的输出电流小于I，则从蓄电池输出电流到绕组线圈产生励磁电流，从而最大限度地利用能源

5.基于FPGA的电涡流缓速器控制系统

为了提升系统可靠性和灵活性，本控制器根据功能需求进行模块化设计，主要包括ADC0809控制、NIOS处理器、模糊控制器、电源控制、PWM、LCD显示等模块，系统结构如图 1所示

图 1 电涡流缓速器控制系统结构

系统首先由ADC0809控制模块控制ADC进行各种信号，如温度、电压等信号的采集，然后通过Avalon总线把数据传输到模糊控制器、电源控制等模块电源控制模块根据车速会对蓄电池和自发电机进行能量调度，实现最大限度的节能;模糊控制器模块根据恒速、恒流等控制策略，计算出用于控制PWM占空比的参数，实现励磁电流的调节。

5.1 ADC0809控制模块

信号采集是系统实现闭环控制的重要环节，它的好坏关系到整个系统的性能。采用FPGA控制ADC的方式能有效降低外界干扰对采样造成的影响，提高可靠性。另外，利用FPGA状态机产生的时序控制ADC时，控制周期短、速度快，能提高整个系统的实时性。免费论文。

使用状态机控制ADC0809芯片采样，包括时序控制和数据的读取首先，状态机输出两路信号先后控制引脚ale和start，一旦start有效，状态信号EOC即变为低电平，表示进入转换状态，状态机通过不断检测ADC0809引脚EOC的电平来判断转换是否结束若EOC为高电平表示转换结束，状态机输出信号使引脚OE由低电平变为高电平，最后读取转换好的数据，主要Verilog代码如下。

always @ ( EOC state )

begin case ( state )

st0 :begin ale <= #1 1'b0; start <= #1 1'b0; OE <= #1 1'b0; state <=#1 st1; end

st1 :begin ale <= #1 1'b1; start <= #1 1'b0; OE <= #1 1'b0; state <=#1 st2; end

st2 :begin ale <= #1 1'b0; start <= #1 1'b1; OE <= #1 1'b0; state <=#1 st3; end

st3 :begin ale <= #1 1'b0; start <= #1 1'b0; OE <= #1 1'b0;

state<=(EOC==1'b1)? #1 st3:st4; end

st4 :begin ale <= #1 1'b0; start <= #1 1'b0; OE <= #1 1'b0;

state<=(EOC==1'b0)? #1 st4:st5; end

st5 :begin ale <= #1 1'b0; start <= #1 1'b0; OE <= #1 1'b1; state <=#1 st6; end

st6 :begin ale <= #1 1'b0; start <= #1 1'b0; OE <= #1 1'b1; state <=#1 st0; end

default : begin ale <= #1 1'b0; start <= #1 1'b0; OE <= #1 1'b0; state <=#1 st0; end

endcase end

5.2模糊控制器模块

电涡流缓速器是一个非线性系统、强耦合、模型较复杂的对象由于常规PID控制不具备在线调整参数的功能，所以不适于励磁电流与车速呈非线性关系的系统控制而模糊理论具有很强的非线性建模能力，能完成复杂系统的非线性映射功能，将模糊推理机制引入到测控系统中，实现对电涡流缓速器的最佳控制，以满足实际的行车情况，控制器原理图如图2所示

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