基于fpga的直流电机伺服控制系统设计

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1、基于FPGA的直流电机伺服控制系统设计　　【摘要】为了提高直流电机伺服控制系统的静态调节精度和动态范围，以FPGA为核心开发了电机控制系统，设计了数据采集电路和隔离驱动电路，控制策略采用速度、位置、电流三环控制，并用VerlogHDL语言实现了控制算法。此方案增强了电机负载能力和响应特性，在电机控制领域有着广阔的应用前景。　　【关键词】直流电机；FPGA；VerlogHDL　　ControlSystemofDCMotorDesignbasedonFPGA　　ZHANGJian-xiang1LUHui-shan1，2　　（1.S

2、choolofMechanicalandPowerEngineering，NorthUniversityofChina，TaiyuanShanxi030051，China；　　2.KeyLaboratoryofAdvancedManufacturingTechnologyinShanxiProvince，NorthUniversityofChina，TaiyuanShanxi030051，China）　　【Abstract】Regulatetheaccuracyanddynamicstatescopeforthesakeoft

3、hestaticstateoftheexaltationdirectcurrentelectricalengineeringservocontrolsystem，TakingFPGAasthecoredeveloppedtheelectricalengineeringcontrolsystem，Designedadatatocollecttheelectriccircuitandinsulationtodriveelectriccircuit，Controlstrategyadoption6speed，position，ele

4、ctriccurrentthreewreathcontrols，CounteractthelanguageofVerlogHDLcarriedoutthecontrolcalculateway，Thisprojectstrengthennedtheelectricalengineeringloadabilitywithrespondtocharacteristic，controlintheelectricalengineeringtherealmhavevastofappliedforeground.　　【Keywords】B

5、LDCM；FPGA；VerlogHDL　　0引言　　无刷直流电机（BrushlessDirectCurrentMotor，BLDCM）是伴随永磁材料、微控制器、电力电子等技术迅速发展起来的一种新型电动机[1]。无刷直流电机将永久磁钢安装在转子上，无励磁损耗；同时将发热的电枢绕组安装在定子上，散热容易，它不但保持了传统直流电机优良的调速性能，还具有交流电机运行可靠、维护方便等一系列优点，同时无换相火花和励磁损耗。正是具有这些优点，无刷直流电动机在家用电器、音像设备、汽车、医疗设备、电动车以及机器人等领域有着广泛的应用。　　在实际

6、应用中，电机已由过去简单的起停控制、提供动力为目的，上升到对速度、位置、转矩等进行精确的控制。电机控制器也经历了从模拟控制器到数字控制器的发展过程，数字控制器具有可靠性高、参数调整方便、控制精度高等优点，其中基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字电子系统对电机进行控制，为实现电机数字控制提供了一种新的解决方案[2]。　　1控制系统硬件设计　　直流电机伺服控制系统主要由FPGA及其外围电路、隔离电路、过流保护电路、数据采集电路等组成。其硬件结构框图如图1所示。6　　图1控制系统硬件框图　　本设计所采用的可编程逻辑芯片为Alter

7、a公司CycloneII系列的EP3CLS200芯片[3]，该器件具有200K逻辑单元、8Mb嵌入式存储器和891个嵌入式乘法器，广泛应用于汽车、无线、消费等领域，是高性能处理、低功耗的理想选择。为了使FPGA芯片能够稳定运行，在其核心电路中，加入了电源电路、复位电路、配置电路和存储电路。　　1.1数据采集电路　　数据采集电路主要由3个A/D转换器组成，利用FPGA控制这3路同时采样，分别采集指令信号、反馈信号和电流信号。具体如下：　　（1）采集指令信号。AD1选用芯片型号为AD1674，这是一款12位A/D转换器[4]，高达

8、10us的采样率，内部包含了采样保持放大器、高精度10V参考电压源、时钟振荡器和三态输出缓冲等。上位机给定信号送到数据采集电路，与位置检测传感器输出信号比较得到位置误差信号及其变化率，构成电机伺服控制的速度环。　　（2）采集位置反馈信号。AD2与AD1采用相同型号的芯片，位置