基于fpga 的步进电机控制器设计

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1、毕业设计（论文）开题报告（含文献综述、外文翻译）题目基于FPGA的步进电机控制器设计姓名学号专业班级所在学院指导教师（职称）二○一一年六月十五日7毕业设计（论文）开题报告（包括选题的意义、可行性分析、研究的内容、研究方法、拟解决的关键问题、预期结果、研究进度计划等）7浙江大学城市学院毕业论文外文翻译1.选题的背景和意义1.1选题的背景步进电机已成为出直流电机和交流电机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生活和生产进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入电气化时代的今天，传统电动机已不能满足工业自动化和办公自动化

2、等各种运动控制系统的要求。发展了一系列新的具有控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的就是步进电机。步进电机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电机在计算机外围设备上取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快的促进了步进电机的发展。另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执行部件的步进电机推广应用到其他领域，如电加工机床、小功率机械加工机床、测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。步进电机是一种使用非常广泛且易于精确控制的执行元件，随着微电子技术的发展，其控制方法多种多样。基于FPGA技术对步进电机的转速

3、进行精确控制，满足了现代工业对步进电机的高要求。1.2国内外研究现状步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统

4、中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。7浙江大学城市学院毕业论文外文翻译步进电机细分驱动技术是70年代中期发展起来的一种可以显著改善步进电机综合使用性能的驱动控制技术。1975年美国学者T.R.Fredriksen首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出了步进电机步距角细分的控制方法。在其后的二十多年里，步进电机细分驱动技术得到了很大的发展，从本质上讲是对步进电机的励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。要想实现步距角均匀细分控制，必须

5、合理控制电机绕组中的电流，使步进电机内部合成磁场的幅值恒定，每个进给脉冲所引起的合成磁场的角度变化要均匀。1.3发展趋势传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。步进电机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，适合应用于各种开环控制。今日，步进电机已广泛的运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性等灵活控制性高的机械系统中了。FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物

6、。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它彻底改变了数字系统的设计方法和实现手段。随着硬件描述语言VHDL的普及以及CPLD~FPGA器件的广泛应用，它必将在硬件设计领域发挥更为重要的作用。基于FPGA技术对步进电机的转速进行精确控制，具有可移植性能优越、可靠性强等优点，具有广泛的应用前景。2．研究的基本内容2.1基本框架步进电机定位控制器的系统主要由步进电机方向设定电路模块、步进电机步进移动与定位控制模块

7、以及编码输出模块构成。前两个模块完成电机旋转方向设定、激磁方式和定位角度的换算等工作,后一模块用于对换算后的角度量编码输出。7浙江大学城市学院毕业论文外文翻译2.2研究的重点和难点2.2.1步进电机的加减速控制从步进电机的矩频特性7浙江大学城市学院毕业论文外文翻译可知，步进电机的输出转矩随着脉冲频率的上升而下降，启动频率越高，启动转矩就越小，带动负载的能力就越差，启动时容易造成失步，而在停止时又会发生过冲。要使步进电机快速地达到所要求的速度又不失步或过冲，其关键在于使加速过程中加速度所要求的转矩既能充分利用各个运行频率下步进电机所提供的转矩，又

8、不能超过这个转矩。因此，步进电机的运行一般要经过加速、匀速、减速三个阶段，要求加减速过程时间尽量的短，恒速时间尽量长。特别是在要求快速响应的工作中，从