基于fpga步进电机spwm细分驱动系统设计

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1、学兔兔www.xuetutu.coml遑訇似基于FPGA的步进电机SPWM细分驱动系统的设计DesignofFPGA-basedSPWMsubdivisionsteppingmotordrivesystem张萍ZHANGPing(江阴职业技术学院电子信息工程系，江阴214405)摘要：系统采用FPGA设计了步进电机正弦脉宽调制细分驱动电路，提高了步进电机的步进分辨率，并设计了功率驱动电路，对细分电路输出信号进行了隔离和功率放大，以确保电机能够稳定可靠地运行。经过对二相混合式步进电机测试表明，步进电机运行平

2、稳，定位精度较高，改善了步进电机的运行性能，适用于要求较高的实时控制系统。关键词：SPWM细分驱动；双口ROM；SPWM调制；桥式驱动中囝分类号：TM391．9文献标识码：B文章编号：1009—0134(2014)02(下)一0115—05Doi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2014．02(下)．330引言恒幅均匀旋转法是使电机各相绕组分别通以幅值步进电机在低频工作时，分辨率不高，容易大小均相等且有一定相位差的正弦电流，使各相产生振荡，运行不够平稳，无法满足精确定位的电流合成矢量在空

3、间上作旋转运动，且电流合成要求。而电流矢量恒幅均匀旋转的SPWM正弦细矢量的幅值保持不变，从而能够使细分后的步距分驱动技术n减小了步进电机的步距角，并且能够角均匀，输出力矩恒定。为了尽可能得到圆形的使细分后的步距角均匀，输出力矩恒定，从而提合成磁场，使步距角变化均匀，各相绕组采用阶高了电机的步进分辨率、运行的平稳性和电机的梯状正弦波电流驱动较为理想。采用阶梯状正弦定位精度，因此，SPWM细分驱动技术在步进电波对电流进行细分时，阶梯越多，波形就越理机的驱动系统中得到了广泛应用。想，越接近正弦波，步距角也就越

4、小，定位精度目前，步进电机驱动控制系统普遍采用微处也越高。如图1所示。理器来构成，对于比较简单的步进电机控制应用这是完全可行的，但是当需要对步进电机进行高速、高精度、频繁细分控制时，就要占用微处理器大量的运行时间和内部资源，从而严重影响了系统其他应用功能的执行与实现。采用高速FPGA器件设计的细分电路取代微处理器的细分功能程序，图1八细分正弦电流不但可以很好地解决这些问题，而且与程序相比SPWM技术是把正弦波划分成宽度相等、幅硬件电路具有更好的快速性和可靠性。值不等的N个脉冲，再把这个序列脉冲用N个幅1S

5、PWM细分驱动原理值相等、宽度不等，宽度按正弦规律变化的脉冲步进电机细分驱动通常分为等电流细分驱动代替，即为SPWM脉冲。具体实现方法是：根据法和电流矢量恒幅均匀旋转法。对于等电流细分电机运行所要求的最大细分数N，在最小相电流驱动法，由于电流合成矢量的幅值不断变化，到最大相电流之间按正弦方式插入N个稳定的中输出力矩也随之变化，不能实现步距角的均匀细间电流状态，将对应每个状态的二进制量化值存分，从而使电机运行不稳定，而且不均匀的步距入ROM中。理论上来讲，细分数越多越好，兼顾角也容易引起电机的振荡、甚至失步

6、，降低了步系统实现的可行性和电机定位的精确性，系统最进电机定位的精度，系统不予采用。而电流矢量大细分数确定为256，即在最小相电流和最大相电收稿日期：2013-09-15作者简介：张萍(1975一)，女，湖北随州人，副教授，工学硕士，主要从事微型计算机控制及其应用方向的研究。第36卷第2期2014—02(下)【1151学兔兔www.xuetutu.coml勺似流之间划分为256个正弦电流值，一个正弦周期共3SPWM细分驱动电路的FPGA设计插入1024个电流值。对于二相混合式步进电机，3．1地址发生器的设

7、计A、B两相电流值相差四分之一个周期，即相位相地址发生器是为双口ROM中存储的一个正差n／2，A、B两相电流I和I分别按如下细分控制弦周期的1024个电流值提供1024个地址，地址函数变化。范围为0—1023。当地址在0—511之间时，表示电IA=Imsint流处于0～Ⅱ之间；当地址在512-1023之间时，IB=Imcost表示电流处于n～2之间。图2中的启停控制信2系统整体结构号是用来控制电机启动和停止的，当启停控制信系统由FPGA、高速光耦隔离电路和高速桥式号为低电平时，地址发生器输出电流值的地址，

8、驱动电路组成，而系统中的分频器、倍频器、电机运行；反之，电机停止运行。方向控制信号地址发生器、双口ROM、数据变换器、SPWM是用来控制电机正反转的，当方向控制信号为调制器和电流分配器是由FPGA设计而成，如图高电平时，地址递增输出，电机正转；反之，2所示。系统中的FPGA采用的是ALTERA公司的电机反转。输入给地址发生器的时钟速率决定Cyclone系~IJEPIC12Q240C8芯片M】，该芯片内核了地址发生器产生地址的速