基于fpga步进电机变速控制系统研究

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1、2013年4月机床与液压Apr．2013第4l卷第7期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVo1．41No．7DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．07．021基于FPGA的步进电机变速控制系统研究马帅旗(陕西理工学院电气工程学院，陕西汉中723003)摘要：针对多步进电机控制系统中容易出现的同步、失步和堵转问题，用EP3C25设计了多步进电机变速控制系统。该系统依据步进电机运行的轨迹，计算出、Y方向运行步数及各步速度，进而计算出驱动步进电机的脉冲信号周期和频率，并给出设计的系统硬件原

2、理图及相应软件控制状态机。试验结果表明：该系统能够实现多个步进电机并行升降速控制，系统控制精度高、运行平稳可靠。关键词：多步进电机；变速控制；PWM；FPGA中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)7—074—3ResearchonVarialbleSpeedControlSystemofStepperMotorBasedonFPGAMAShuaiqi(SchoolofElectricalEngineering，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong

3、Shaanxi723003，China)Abstract：Astotheissuesofsynchronization，losingsynchronismandstallinginmultiplesteppermotorcontrolsystem，amuhi—piesteppermotorspeedcontrolsystemwasdesignedusingEP3C25．Accordingtothetrajectoryofsteppermotor，thestepnumberandthespeedofeachstepwerec

4、alculated，andthenthedrivingpulsesignalperiodandfrequencyofthesteppermotorwerecalculated．Thehardwareschematicsandthestatemachineofthesoftwareweregiven．Theexperimentalresultsshowthatthesystemcanbeusedtorealizemultiplesteppermotorparallellandingspeedcontrol，andthecon

5、trolsystemhasadvantagesofhighprecision，stableandreliable．Keywords：Multiplesteppermotor；Variablespeedcontrol；PWM；FPGA步进电机是一种将电脉冲信号转变为旋转运动角1步进电机加减速策略位移或线位移的数字式传动装置，在额定负载范围在步进电机控制中，为了使步进电机沿一定方向内，步进驱动器每接收到一个脉冲信号，驱动步进电旋转，必须依一定顺序轮流给定子绕组通电。根据输机按设定的方向转动一个固定的步进角(细分时为入的驱动脉冲

6、信号及运转方向信号，由驱动模块产生细分步距角)。因而，步进电机的控制不需要额外的变化电流序列，驱动脉冲的频率和个数决定步进电机测量反馈单元，只需调节驱动步进电机的脉冲频率和转动速度和停止位置。在实际应用中，驱动的脉冲信周期，间接地控制电机转动的速度和加速度，从而实号启动频率不能太高，一般为几百到三四千赫兹之现准确定位和调速的目的。间。能量的作用过程需要时间，步进电机不可能从在控制多台步进电机生成复杂的速度曲线时，由静止状态直接进入高速工作状态。如果以较高频率启于步进电机驱动信号的时序要求苛刻，速度计算复动，容易产生堵转或失

7、步现象。通常步进电机的启动杂，从而使得调速过程复杂。文献[3]给出了基于频率低于最高空载频率，而稳定运行的工作频率远大PIC18F252微处理器的步进电机变速控制方法，该方于启动频率。步进电机的速度控制过程由升速、高速法直观、简洁，但不适于对多步进电机进行实时速度和降速3个运行阶段组成，步进电机的速度与驱动控制。文献[4]给出了基于积分定时和梯形近似调脉冲的频率成正比，升速过程是从突跳频率起始，逐频法的步进电机速度控制方法，该算式调速精确，但渐升频至高速运行频率，然后高速运行；降速过程是涉及大量除法运算，不适合用并行处理的

8、现场可编程从高速运行的频率降速经突跳频率，然后停止运行。逻辑阵列控制步进电机。作者采用CYLONEIII系起步时的突跳频率不能过大，否则会导致堵转或失列FPGA芯片，对现有步进电机速度控制算法进行简步。升降速曲线会影响电机的定位精度和运行平稳化和改进，充分发挥FPGA高速、并行处理能力，实性，通常采用阶