现代社会中,电机作为机电能量转换的装置被广泛应用在生活生产中的各个领域,且在工业电子的快速发展的过程中,传统的单电机控制系统已经难以满足现代工业需求,更多的是由多个电机协同完成工作。与有刷电机相比,无刷直流电机以优良的性能成为电机设计的首选。目前,无刷直流电机的传统PID控制算法存在响应性能差、控制精度低等问题,且以单片机(MCU)和数字信号处理器(DSP)为控制核心的控制器已不能满足现代工业中多电机系统控制的各种需求。为了解决电机控制系统中存在的上述问题,本文采用FPGA作为控制芯片,充分利用FPGA的实时并行处理等优点,不仅能同时控制多台电机,而且还能实现各种复杂的控制算法,并可根据实际需求对电机控制系统进行重构,从而提升系统响应速度,提高系统控制精度。本文具体研究工作包括以下几个方面:首先,阐述了研究的背景意义及无刷直流电机控制领域的国内外研究现状,介绍无刷直流电机的物理结构和工作原理,推导了无刷直流电机的数学模型。其次,对无刷直流电机转速控制的PID控制算法进行了介绍,针对PID控制算法存在的问题,本文通过模糊控制调节PID控制的三个参数,使之适应系统的变化,达到理想的转速控制效果。在Matlab/Simulink中搭建单电机转速控制系统,分别从转速、负载变化方面对两种转速控制系统进行仿真分析,仿真结果表明模糊PID转速控制系统的稳定时间、超调量相比于PID转速控制系统分别提高了36%和1.8%左右;且在转速突变和添加负载时,模糊PID转速控制系统达到稳定状态的时间也比PID转速控制系统提升了约5%,说明模糊PID转速控制系统比PID转速控制系统具有更好的控制效果和性能。然后,设计了以FPGA为核心的无刷直流电机转速控制系统,系统采用并行同步控制方式,方便对控制系统后期维护和重构。在硬件电路方面,FPGA控制芯片选用Altera公司的CycloneⅣ系列芯片,设计了无刷直流电机的驱动电路、位置检测电路、A/D转换电路及其它外围电路。驱动电路由逆变电路和驱动芯片电路组成,用于驱动电机工作,位置检测电路和A/D转换电路用于采集电机工作过程中的数据信息并反馈给FPGA芯片。软件方面,按照系统功能划分,在Quartus II中使用Verilog HDL语言设计了PID控制模块、模糊控制模块、PWM模块、速度计算模块和A/D转换模块,并对各模块进行了仿真验证。最后,在ModelSim中对所设计的无刷直流电机转速控制系统在转速突变情况下进行功能测试。测试结果表明使用FPGA设计电机转速控制系统,实现了转速控制系统的全数字化,控制系统的响应时间短、控制精度高及可靠性好,验证了本文方案的可行性。