课程设计（论文）-利用pwm控制技术实现直流电机的速度控制

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1、摘要随着时代的进步和科技的发展，直流电机在工农业生产、交通运输以及日常生活中起着越来越重要的作用，因此，对直流电机的研究有着积极的意义。长期以来，直流电机被广泛应用于调速系统中，而且一直在调速领域占据主导地位，这主要是因为直流电机不仅仅调速方便，而且在磁场一定条件下，转速和电枢电压成正比。并且由于直流电机具有优良的起动、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速。在本文中，我们设计一个直流电机。利用FPGA可编程芯片实现对直流电机PWM控制器的设计，对直流电机转速进行控制。用VHDL语言编程实现直流电机PWM控制器的PWM产生

2、模块、转向调节模块等功能。主要分为如下模块：1、PWM模块：设定计数器设置PWM信号的占空比，以此来驱动。2、正反转控制模块：控制电机的正转和反转。3、去抖动模块：实现直流电机转速的精确测量，主要用来消除直流电机的抖动，能够便于观察。4、显示模块：该模块主要用来显示直流电机的转速及档位。关键词：直流电机、PWM、控制、速度、FPGA21目录一.任务解析………………………………………………………...………3二.系统方案论证…………………………………………………...………32.1总体方案与比较论证2.2系统原理与结构三

3、．PWM模块………………………………………………………...……53.1方案的设计3.2方案的实现3.3方案的仿真四.正反转模块设计………………………………………….……..………74.1方案的设计4.2方案的实现4.3方案的仿真五．去抖动模块………………………………………………….…….........85.1方案的设计5.2方案的实现5.3方案的仿真六.显示模块………………………....………………………....………….96.1方案的设计6.2方案的实现6.3方案的仿真七.总结..................

4、......................................................................................107.1功能验证7.2性能测试7.3误差分析7.4整体仿真7.5心得体会八．参考文献………………………………………………….…….….….12九．附录…………………………………………………………………....1221一．任务解析利用PWM控制技术实现直流电机的速度控制。（1）基本要求：a．速度调节：4档，数字显示其档位。b．能控制电机的旋转方向。c

5、．通过红外光电电路测得电机的转速，设计频率计用4位10进制显示电机的转速。（2）发挥部分a．设计“去抖动”电路，实现直流电机转速的精确测量。b．修改设计，实现直流电机的闭环控制，旋转速度可设置。课程设计要求我们利用PWM控制技术以及VHDL语言编写代码来实现对直流电机的控制。根据设计要求我们要对电机的正反转控制、速度调节、测量电机的转速并用4位10进制显示电机的转速以及设计去抖动电路进行设计，实现对直流电机转速的精确测量以及实现直流电机的闭环控制等。根据设计要求，我们可以通过FPGA产生PWM波形，其中，数字比较器的一

6、端接设定值计数器的输出，另一端接锯齿波发生器输出。那么数字比较器的输出端即是PWM波形。我们将输出的PWM波通过接入正反转控制来控制电机是否开始工作。另外，我们采用两个二选一选择器来实现电机的正反转控制。并将电机转速脉冲信号通过去抖电路送入频率计，并在数码管显示。二．系统方案论证2.1总体方案与比较论证方案1：采用线性控制方式进行直流电机的控制此方式一般用于小功率电机平滑转速控制。方案2：采用一般模拟PWM波进行直流电机控制此方案接有D/A转换器和模拟比较器，外部连线多，电路复杂，不便于控制，故该方案不理想。方案3：使

7、用单片机设计控制的直流电机21通过单片机，我们完全能够实现驱动模块，转速模块显示模块等需要的模块。硬件电路简单，所用器件少，但精度不易满足，产生调控范围小，难以产生较高转速。方案4：基于FPGA实现对直流电机的控制通过用VHDL语言编写各个模块，再加以整合，从而实现整体功能。采用此方案，所形成的电机功能稳定性强，精度高，可控范围较大，能形成最大速度较大，更能满足设计任务。比较以上4种方案，可知方案4简洁灵活，控制性能等均比其他方案强，能完全达到设计要求，故采用第4种方案。2.2系统原理与结构电机转速预置电机速度级别显示

8、PWM模块电机速度控制模块PWM参考频率AY1电机正转GNDB22MUXSY2电机反转电机方向控制1Hz电机转速显示电机转速脉冲信号频率计去抖动电路参考频率直流电机控制原理框图21转速测量直流键盘控制FP显示电路电GA机串口通信驱动电路硬件系统框图设定值计数器设置PWM信号的占空比。当U/D=1，输入CLK2，使设定值计数器的输出