基于nios＋ⅱ直流电机pid调速控制系统

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1、万方数据基于NiosⅡ的直流电机PID调速控制系统陶东娅，陈德益(台州职业技术学院机电工程学院，浙江台州318000)摘要：介绍一种基于NiosII软核的直流电机PID控制系统。采用PWM直流电机调速方案，利用Altera公司推出的DE2板作为综合开发平台，采用SOPC技术，通过在FPGA中植入嵌入式软核NiosⅡ作为中央处理嚣，借助PID控制算法实现整个直漉电机外围电路的PWM闭环调速控制，这是对直流电机经典控制(即基于单片机或DSP的电机控制)的全新改进．关键词：NiosII软核；直流电机IPWM；FPGA；PID控制算法中圈分类号：T

2、N919-34ITP273+．5文献标识码：A文章编号：1004—373X(2010)17-0180—04PIDSpeedControlSystemofDCMotorBasedonNiosIITAODong-ya。CHENDe-yi(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，TaizhouVocational&TechnicalCollege．Taizhou318000，China)Abstract：APIDcontrolsystemofDCmotorbasedonsoft—coreNiosⅡi

3、sintroduced．ThePWMDCregulatingspeedprogramisused，AlteraDE2boardisadoptedastheintegrateddevelopmentplatform，SOPCtechnologyisusedtOembedsoft-coreNiosIIintheFPGAascentralcontroldevice，PIDcontrolalgorithmisadaptedtOcontrolthePWMclosedloopspeedcontroloftheentireperipheralcircui

4、ts．Thismethodisadifferentwayfromtraditionalmotorcontrol(DCmotorbasedonSCMorDSP)．‘Keywords：NiosIIsoft-coreDC-motor!PWMFPGA‘PIDcontrolalgorithm0引言，以往的直流电机调速系统通常采用单片机或DSP进行控制，而单片机需要使用大量的外围电路，且系统的可升级性差，如更换控制器，往往要对整个软硬件进行重新设计，可重用性不高[1]。而采用DSP作为主要控制器，如果碰到处理多任务系统时，一片DSP不能胜任，这时就需要

5、再扩展一片DSP或者FPGA芯片来辅助控制，从而实行双芯片控制模式。但这样做，既增加了两个处理器之间同步和通信的负担，又使系统实时性变坏，延长系统开发时间。基于以上此类问题，本文提出了采用Altera公司推出的Nios1I软核来控制直流电机调速系统，它的好处在于NiosⅡ属于软核处理器，可以直接通过软件形式扩展成双核乃至多核，无需外加芯片；再者Nios1I软核处理器和所有外围电路可以集成到一片FPGA芯片上来实现整个直流电机控制系统，这样无疑大大减小了控制器体积和重量，设计人员也可以在短时间内完成整个系统的制作，提高了工作效率[2剖。本文利

6、用Alt6ra公司的FPGA芯片EP2C35F672C6作为系统控制器，采用数字PID算法对直流电机进行收疆日期：2010-04-08180PWM闭环调速控制。并且利用硬件描述语言(VHDL)自行设计、生成PWM模块和测速模块，最后通过实验验证了该系统的可行性。1系统硬件设计1．1系统总体设计方案选用．Altera公司的DE2开发板作为开发平台，采用SOPC技术通过在FPGA中植入嵌入式系统处理器Nios1I作为核心控制电路，利用FPGA中的可编程逻辑资源和IP软核来构成该嵌入式系统处理器的接口功能模块，借助于Avalon总线，实现对外围P

7、WM模块、测速模块、SDRAM、键盘等硬件的控制，FPGA通过Avalon总线对输入模块和输出等模块进行配置[s-6]，整体功能框图如图1所示。整个系统的主要工作流程如下：当系统启动完成各单元初始化后，通过键盘输入期望设定值，同时由光电编码器采集实测转速传输到测速模块，通过NiosII处理器处理电机PID控制算法，并将计算后的数据传输给自定制的PWM模块对其进行闭环控制。最后在Nios1IIDE上采集到实际输出数据，并通过Matlab软件画出控制曲线波形图，最后对实验结果进行分析。1．2PWM模块系统中的自定制PWM模块是通过写VHDL代万

8、方数据码，经过仿真、编译、管脚分配，最后生成PWM功能模块。它在整个系统中的作用是：对实测转速通过计算进行闭环控制。生成的PWM模块如图2所示。～丽里IEPCSl6I⋯⋯1键盘}