Desenvolvimento de um controlador de motores Brushless DC baseado em FPGA para uso em veículos elétricos

Abstract

Neste trabalho é desenvolvido em linguagem VHDL o sistema digital de um controlador de motores Brushless DC baseado em FPGA para uso em veículos elétricos. O objetivo principal é desenvolver e implementar em um FPGA um controlador de motores Brushless DC. O objetivo secundário é caracterizar parâmetros como tensão, corrente e potência elétrica em um veículo elétrico equipado com o controlador desenvolvido. Foi realizada uma pesquisa na literatura especializada da área de forma a caracterizar o motor Brushless DC do ponto de vista construtivo e operacional. De forma conjunta, foram investigadas as arquiteturas existentes para: veículos elétricos e dispositivos FPGA. O desenvolvimento deste projeto foi elaborado através das seguintes etapas: requisitos de projeto, arquitetura do sistema, materiais utilizados, sistema digital desenvolvido e protótipo desenvolvido. Através dos testes realizados, identificou-se que o controlador desenvolvido é capaz de controlar o sentido de rotação e velocidade de um motor Brushless DC, obtendo ainda erro nulo em regime permanente. Os experimentos conduzidos com o protótipo de veículo elétrico elaborado permitiram quantificar o consumo energético por distância percorrida, onde observou-se o valor máximo de 13,9 Wh/km para uma velocidade de 10 km/h considerando um conjunto veículo-usuário com aproximadamente 100 kg de massa.

In this work, the digital system of a Brushless DC motor controller based on FPGA for use in electric vehicles is developed in VHDL language. The main objective is to develop and implement a Brushless DC motor controller in an FPGA. The secondary objective is to characterize parameters such as voltage, current and electrical power in an electric vehicle equipped with the developed controller. A search was carried out in the specialized literature of the area in order to characterize the Brushless DC motor from a constructive and operational point of view. Together, the existing architectures for: electric vehicles and FPGA devices were investigated. The development of this project was elaborated through the following steps: design requirements, system architecture, materials used, digital system developed and prototype developed. Through the tests performed, it was identified that the developed controller is capable of controlling the direction of rotation and speed of a Brushless DC motor, still obtaining null error in steady state. The experiments conducted with the elaborated electric vehicle prototype allowed to quantify the energy consumption by distance traveled, where the maximum value of 13.9 Wh/km was observed for a speed of 10 km/h considering a vehicle-user set with approximately 100 kg of mass.