基于fpga的电机控制

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1、68a00928e0dce51dee4e6c971ca9280b.doc基于FPGA的电机的控制指导老师:王彦作者:刮国文刘智聪王明海(第15组)摘要：目前，电机在控制系统中的应用越来越广泛，由此凸现了电机控制的重要性。本文简单介绍了步进电机和伺服电机的原理和特点，并根据两种电机的不同特性设计了基于FPGA的不同的控制电路：以PWM变频来控制步进电机的转速；以调节脉冲的占空比大小改变输出电压的大小来控制伺服电机的转速。关键字：步进电机伺服电机电机控制PWM占空比DesignoftheMotor-ControlBasedonFPGAAbstract:Atpres

2、ent,themotorisplayingamoreandmoreimportantpartintheapplicationofauto-controlsystem;Itimpelsuscontinuouslytostudyhowtomasterthemotortechniques.Thispapersimplyintroducedtheprinciplesandthecharactersofcurrent-motorandstep-motor;Onthebasisofthose,wedesignedthedrivingcircuitforboththecur

3、rent-motorandthestep-motorbasedonFPGA:changingthefrequencywithPWM(脉宽调制电路)tocontrolthespeedofstep-motor,changingthevolumeofoutput-voltagewithadjustingthedutycycle(占空比)ofimpulsestocontrolthespeedofcurrent-motor.Keyword:Step-motorServo-motorMotor-controlPWMDutycycle-28-68a00928e0dce51d

4、ee4e6c971ca9280b.doc目录第一章总体设计……………………………………….…….3第二章单元电路设计…………………………….………….61.步进电机驱动电路设计………………...…………...……62.伺服电机驱动电路设计………..…………………………6第三章软件设计……………………………………………..7第四章系统测试……………………………………………..9第五章结论及参考文献………………………………….….9第六章附录………………………………………………….10-28-68a00928e0dce51dee4e6c971ca9280b.doc

5、一.总体设计1．电机简介1.1.1.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机，在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机.1.1.2.伺服电机可以把输入的电压信号变换成为轴上的角位移和角速度输

6、出，在控制系统中，伺服系统是一种十分广泛应用的系统，伺服电机在系统中是用作执行元件，定子中的励磁磁通和转子中的电流相互作用时就会产生电磁转矩驱动电枢转动，恰当地控制转子中电枢的电流的方向和大小，就可以控制伺服电机的转动方向和转动速度，电枢电流为零时伺服电机则停止不动，不像步进电机需要用时序脉冲去驱动，还可以通过反馈形成闭环控制，达到较高的精度。实现更简单。2．电机控制1.2.1.步进电机的控制:步进电机能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，不需要A/D转换，所以被认为是理想的数控执行元件。1.2.1.1.步进电机的起动：步进电动机的最高起动频率（空载起动频率）

7、一般为0.1KHz到3-4KHz，而最高运行频率则可以达到?KHz。以超过最高起动频率的频率直接起动，将出现"失步"现象，甚至无法起动。因此驱动步进电机时，应当先计算出电机不失步起动的最大频率，但其计算过程涉及参量复杂，鉴于我们不是机械专业学生，对其具体理论了解有限，故不能精确计算出空载起动频率，实际应用对起动段的处理是采用按直线拟合的方法，即"阶梯升速法"。可按两种情图1阶梯升速起动况处理，①已知突跳频率则按突跳频率分段起动，分段数n=f/fq。②未知突跳频率，则按段拟合至给定的起动频率，每段频率的递增量（后称阶梯频率）△f=f/8,即采用8段拟合。在运行控

8、制过程中，将起始的速度（频率）分为n分