基于FPGA直流电动机驱动的设计

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直流电机设计

直流电机设计

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、FPGA

目录

一. 任务解析 (3)

二. 系统方案论证 (3)

2.1总体方案与比较论证

2.2 系统原理与结构

三.PWM模块 (5)

3.1 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 (7)

4.1 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 (8)

5.1 方案的设计

5.2 方案的实现

5.3 方案的仿真

六. 显示模块 (9)

6.1方案的设计

6.2方案的实现

6.3方案的仿真

七. 总结 (10)

7.1功能验证

7.2 性能测试

基于FPGA的步进电机控制系统设计

基于FPGA的步进电机控制系统设计

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.

本文以四相六线步进电机为控制对象,在分析步进电机的特点和工作原理的基础上,选用型号为TS3103TC100—3的步进电机和型号为 EP1K10T100—3的FPGA,来实现基于FPGA技术对步进电机系统的设计和控制。本文提出了用型号为EP1K10T100-3的FPGA 为核心的控制方法设计四相步进电机的外围驱动电路控制系统,并利用VHDL语言编写步进电机的控制时序电路,使用四个机械式按键对步进电机进行转速、方向等的控制,实现步进电机的加减速和常速步进角度的控制,步进电机最少转动1.8度.而且系统的可移植性优越,可靠性强。为了实现设计,按照FPGA设计流程进行编写和仿真实现,电路的设计和输入应用了VHDL编程语言,在Quartus II软件上进行了波形仿真,验证了设计的可行性并实现了步进电机的控制。

【关键词】步进电机、FPGA 、VHDL、仿真

Stepper motor as the actuator is one of the key mechanical and electrical integration products, widely used in a variety of automatic control systems. With the development of microelectronics and computer technology, the stepper motor demand grow with each passing day, has been applied in various fields of national economy。

基于FPGA直流压缩机的PWM控制器设计

基于FPGA直流压缩机的PWM控制器设计
制波形 的 占空 比成正 比, 因此 , 电机 的速度 与 占空 比成
公司 的 F P G A. F P GA 以其 内部 资 源 丰 富 , 外部接 口
多, 便 于搭 建 系 统 , 处 理 速度 快 等 显 著 特 点L 1 ] , 被 广
泛 应用 于通 信 、 视频 、 信 息 处 理 等 方 面. 近年来 , 利 用
脉 冲宽度 调制 ( P WM ) 是 一 种 对模 拟信 号 电平 进 行 数字编 码 的方法 . 通 过计数 器 的使 用 , 方 波 的 占空 比
由此可 见 , P WM 控 制器 是 由一个 周期 为 T s 的锯
齿 波发 生器 和一个 比较 器组 成 .其 中 , X( £ ) 为传 感 器 采 集 的温 度 信 号 , 当 X( ) 大于 锯 齿波 信 号 时 , 比较 器
基于 F P GA 直 流 压 缩 机 的 P W M 控 制 器 设 计
董 秀 洁 ,李 俊
( 中原 工 学 院 ,郑 州 4 5 0 0 0 7 )

要 : 提出了一种以 F P GA 芯 片作 为 电 动 汽 车 空 调 压 缩 机 变 频 调 速 控 制 器 的 方 案 , 介绍 了基 于 F P G A 的P WM 控
制 器 的 实 现 原 理 及 VHD L的 实 现 方 法 . 该 控 制 器 能 产 生 占空 比为 l O ~l D O %的可调的 P WM 控制信号 , 控 制压 缩 机 电

基于FPGA的电机控制电路设计

基于FPGA的电机控制电路设计

基于FPGA的电机控制电路设计

学生姓名:

学生学号:

院(系):电气信息工程学院

年级专业:电子信息工程1班

指导教师:

助理指导教师:

二〇一五年五月

摘要

直流电机在很多系统中都有着极其广泛的应用,本设计采用当前最常用的直流调速技术,介绍了基于FPGA使用PWM来对直流电机进行控制的具体方法。重点介绍了基于FPGA 芯片用软件如何输出PWM信号的方法,并论证了FPGA产生的PWM波形在调速系统中的优势。对完善直流电机的调速系统想出了一种更为高效的方式。本设计分为三部分,第一部分主要论证了FPGA产生的PWM波形在调速系统中的优势,第二部分则讲述了本设计在硬件及软件系统方面的设计方法,第三部分则是对系统的调试

关键词:直流电机,频率计,PWM

ABSTRACT

DC motor has a very wide range of applications in many systems, the design adopts DC speed control technology most commonly used at present, introduces the concrete method of FPGA using PWM to control the DC motor based on. The key method is introduced based on the FPGA chip software how to output PWM signal, and demonstrates that the PWM waveform generated by FPGA in the speed control system advantage. To improve the DC motor speed control system with a more efficient way. The design is divided into three parts, the first part analyzes the advantages of PWM FPGA waveform generated in the speed control system, the second part is about the design method in the design of hardware and software of the system, the third part is the system debugging.

基于FPGA的无刷直流电动机控制系统设计_魏然

基于FPGA的无刷直流电动机控制系统设计_魏然

微特电机 2006年第10期

D

驱动控制

ri ve and c o nt r ol

29 

收稿日期:2005-07-07改稿日期:2005-09-13资金项目:国家863计划资助

基于FPGA 的无刷直流电动机控制系统设计

魏 然1

,金明河1

,王新升2

,刘伊威1

,刘 宏

1

(1.哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江哈尔滨150001;2.北京邮电大学,北京100876)

The D esi gn of BLDC M otor Con trol Syste m Ba sed on FPGA

W E I R an 1

,J I N M ing -he 1

,WAN G X in -sheng 2

,L I U Yi -w ei 1

,L I U Hong

1

(1,Harbin I nstitute of Technol ogy Robotics Research I nstitute,Harbin 150001,China;2.Beijing University of Post and Telecommunicati ons,Beijing 100876,China )

摘 要:介绍了一种基于FPG A 的无刷直流电动机控制系统及自顶向下的设计方法。该系统采用FPG A 作为核心器件,极大减少了分离元件的使用,利用硬件描述语言

VHDL 设计在片内实现电机控制逻辑,因此系统具有极大的

灵活性、扩展性和通用性,抗干扰能力强、且系统本身结构紧凑,已成功应用于机器人仿人灵巧手手指中。

关键词:可编程逻辑门阵列;无刷直流电动机;VHDL 中图分类号:T M 33 文献标识码:A 文章编号:1004-7018(2006)10-0029-02

基于FPGA的直流电机PWM控制实现

基于FPGA的直流电机PWM控制实现

《基于FPGA的直流电机PWM控制实现》

课程设计总结报告

一、课题名称

《基于FPGA的直流电机PWM控制实现》

二、设计任务

1.设计驱动电路来驱动直流电机

2.显示调速等级

3.测速电路

基于L298N驱动直流电机设计

三、系统总体设计方案

(画出系统原理框图、方案的论证与比较等内容);

1.系统原理框图

2.PWM的实现与比较

一般的脉宽调制PWM信号是通过模拟比较器产生的,比较器的一端接给定的参考电压,另一端周期线性增加的锯齿波电压。当锯齿波电压小于参考电压时输出低电平,当锯齿波电压大于参考电压时输出高电平。改变参考电压就可以改变PWM波形中高电平的宽度。若用单片机产生的PWM信号波形,需要通过D/A转换器产生锯齿波电压和设置参考电压,通过外接模拟比较器输出PWM波形,因此外围电路比较复杂。

FPGA中的数字PWM控制欲一般的模拟PWM控制不同。用FPGA产生PWM波形,只需FPGA内部资源就可以实现。用数字比较器代替模拟比较器,其一端接设定值计数器输出,另一端接线性递增计数器输出。当线性计数器的计数值小于设定值时输出低电平,当计数值大于设定值时输出高电平。与模拟控制比较,省去了外接的D/A转换器和模拟比较器,FPGA外部连线很少,电路更加简单,便于控制。脉宽调制式细分驱动电路的关键是脉宽调制,转速的波动随着PWM脉宽系法术的增大而减小。

四、具体实现方案

(各模块或单元电路的设计、工作原理阐述等内容);

1. PWM脉宽调制信号发生模块PWM-SQU1

此模块是FPGA中的PWM脉宽调制信号产生电路。它的输出接一电机转向控制电路模块,此模块输出的两个端口接直流电机。通过控制SL端(键1),可以改变电机转向。PWM-SQU1的输入端之一来自模块COUNTER8B。这是一个8为计数器,输出的数据相当于锯齿波信号,此信号的频率就是PWM波的频率,它有来自锁相环的C0的频率决定。PWM-SQU1另一端来自键控的8位数据,其中低4为CIN[3..0]设定为恒定1111,高4位有计数器CNT4B产生,计数器的时钟来自键K8.于是可以通过手动按键控制电机的转速。

EDA实验九 直流电机驱动设计

EDA实验九 直流电机驱动设计

实验九直流电机驱动设计

一、实验目的:

1、了解直流电机控制的工作原理和实现的方法。

2、掌握PWM波控制直流电机转速的方法。

3、学会用于Verilog语言设计直流电机控制电路。

二、实验仪器设备

1、PC机一台

2、FPGA实验开发系统一套。

三、实验的重点和难点

1、重点:掌握直流电机调速控制原理。

2、难点:应用Verilog语言实现直流电机控制电路设计。

四、实验原理:

本次实验使用的电机驱动电路如下图所示

图1 直流电机H桥驱动电路

图2 锁存器

1、调方向

如图1所示,当PWM1为高电平时,PWM2为低电平时,Q2和Q4导通,Q3和Q5不导通。当PWM1为低电平时,PWM2为高电平时,Q2和Q4不导通,Q3和Q5导通。两种情况电机转动的方向不一样。

2、调速度

电机的速度是通过PWM调节,所谓PWM就是脉宽调制器,通过调制器给电机提供一个具有一定频率的脉冲宽度可调的脉冲电。脉冲宽度越大即占空比越大,提供给电机的平均电压越大,电机转速就高。反之脉冲宽度越小,则占空比越越小。提供给电机的平均电压越小,电机转速就低。

五、实验步骤

(1)启动Quartus II 建立一个空白工程,选择的器件为Altera 公司的Cyclone 系列的EP2C8Q240C8

芯片,命名为moto.qpf;

(2)新建一个Schematic File 文件,命名为moto.bdf;

(3)分别新建3 个Verilog HDL File 文件,分别命名为divclk.v,pwm_logic.v, moto_test.v。输入程序代码并保存(对应源程序11),然后进行综合编译。若在编译过程中发现错误,则找出错误并更正错误,直至编译成功为止。

FPGA直流电机控制系统设计

FPGA直流电机控制系统设计

中文摘要

直流电机具有良好的启动和调速性能,被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统。本设计介绍了基于FPGA用PWM实现直流电机调整的基本方法,直流电机调速的相关知识,及PWM调整的基本原理和实现方法。重点介绍了基于FPGA用软件产生PWM信号的途径,输出的PWM波形具有频率高、占空比调节步进细的优点。对直流电机调速的实现提供了一种有效的途径。

关键词:直流电机 PWM 频率计

Abstract

This paper introduces a kind of method of DC —motor speed modification based on PWM theory bythe FPGA.Showing some relative knowledge upon the DC—motor timing,the basic theory and the way to implement.And it emphasizes on the way for carrying out PWM signals based on FPGA.This PWM signals advatages base it’s high frequency and duty cycle stepping fine adjustment.It offers a sort ofeficient method for the DC motor speed—controlling system.

Keyword:DC —motor PWM Cymometer

基于FPGA的直流电动机伺服系统改进

基于FPGA的直流电动机伺服系统改进

图2 P WM 波调 速 的 波 形
2 算法设计
本 系统采用 的是 模糊 比例算 法 , 即在 大范 围 内
采用模糊控制 , 以提高系统的动态相应速度 ; 在小范 围 内采用 比例 控 制 , 以提 高 系 统 的 稳 态 控 制 精 度 。 通过调整 各 项 系数 , 系统 达 到最 优 , 使 即相 应 速 度 快、 控制精度高。 同时引入前馈控制 , 前馈控制能有效提高系统 对输入信号的相应速度 , 部分消除被控对象的积分 滞后影响, 从而使系统迅速消除偏差 , 并可提高系统 带宽。 2 1 电机模型 的建 立 .
Absr c : W ih t e eo me to lc rni e hn l g ta t t he d v l p n fe e to c tc oo y,t e e i e y b g c a g n t e d r c tr h r sa v r i h n e i ie tmo o h
端 的 电压 波形如 图 2所示 。电动 机 的电枢绕组两 端
为 50 0 W。忽略电枢 电感及黏性阻尼 系数 , 以电枢
0 引 言
电机 的控制 器经历 了从模 拟控 制器 到数 字控制
计 算量 和速度 需求是 目前最 为普 遍 的做 法 。其 主要 是 将一 系列外 围设备 如模/ 转换 器 、 冲调制 发生 数 脉
器的发展。由于模拟器件 的参数受 到外界影响较 大, 因此精度比较差。数字控制器 与模拟控制器相 比, 具有可靠性高 、 参数调整方便 、 更改控制策略灵 活、 控制精度高、 对环境因素不敏感等优点 。 随着工业 电气化 , 自动控制 和家 电产品领域对 电机控制产品需求 的增加, 对电机控制技术的要求 也不断提高。传统的 8 位单片机由于内部体系结构 和计算功能等限制 , 在实现各种先进 的电机控制理 论和高效的控制算法时遇到了困难 。使用高性能的 数字信号处理器( S ) D P 来解决电机控制不断增加 的

基于fpga的无刷直流电机控制系统设计

基于fpga的无刷直流电机控制系统设计

基于fpga的无刷直流电机控制系统设计

基于FPGA的无刷直流电机控制系统设计

随着科技的不断发展,FPGA技术已经广泛应用于嵌入式系统中。其中,基于FPGA的无刷直流电机控制系统设计,是电机控制应用领域中的

一个重要研究领域。在无刷直流电机控制系统中,需要实时响应动态

控制,以使电机在运转过程中能够有更高的效率和更好的稳定性,这

是控制系统设计中最重要的任务。

一般地,基于FPGA的无刷直流电机控制系统设计包括硬件设计和软

件设计两个方面。硬件设计方面,需要选择适合的FPGA芯片以及其

他相关硬件,然后将其连接到电机控制器。此外,在硬件设计方面,

需要注意电路板大小、电源电压、电磁干扰等方面,以确保电机能够

稳定运行。在软件设计方面,需要进行FPGA代码编写、仿真、调试

等步骤。在这个过程中,需要特别注意代码的可靠性和安全性,以确

保系统能够正常工作且不会出现故障。

该设计的实现需要以下步骤:

1. 设计ADC模块:无刷直流电机控制系统中需要采集电机速度和位置信号,所以需要设计ADC模块来采集这些信号。此模块需要选择高速、

高精度的模数转换器,并在硬件和FPGA代码中进行相应的配置。

2. 设计PWM模块:相较于传统的PWM芯片,基于FPGA的PWM 模块可以实现更高的精度和更高的速度控制。在无刷直流电机控制系统中,PWM模块的最大输出频率应该与电机的驱动器匹配,以确保电机可以稳定工作。

3. 开发驱动器模块:根据电机的规格和电源电压,需要选择合适的三相桥或全桥驱动器来驱动电机。驱动器选择后,需要进行驱动器模块的FPGA硬件和软件设计,以实现控制电机转速和位置的功能。

直流电机控制系统的设计【文献综述】

直流电机控制系统的设计【文献综述】

文献综述

电子信息工程

直流电机控制系统的设计

随着人们对控制系统的要求越来越高,电机调速成了人们研究的课题,现在对于普通直流电机的调速已经有了一些比较成熟的方法。直流电动机转速的控制方法可分为两类励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以使用较少。电枢电压控制法总体上可以分为两种,一种是调节电压,一种是调节电流.传统的调速系统是用模拟电子电路来实现的,这种电路虽然响应快,但是灵活性较差,维修复杂。单片机作为一种可编程控制器技术上已经比较成熟。通过单片机对普通直流电机进行调速的系统已经存在。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点[1]。

一、研究背景及动态

起先的电机电枢电压调节法采用串联电阻调速法,这种方法耗能大、且调速不太平稳,逐渐被其他调速装置代替[2]。以后又出现了晶闸管、MOSFET,IGBT等为主控元件的调速装置。电子技术的高速发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术进入一个新的阶段。传统的晶闸管直流调速系统控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对故障率较高,维修比较困难。而采用单片机控制的电机调速系统,其控制方案是依靠软件实现的,控制器由可编程功能模块组成,配置和参数调整简单方便,工作稳定[3]。

直流电动机转速的控制方法可分为两类:励磁控制法和电枢电压控制法。常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法,调节电阻R即可改变端电压,达到调速目的,但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的发展,创新了许多新的电枢电压控制方法。其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。

基于FPGA的多通道直流电机控制电路的设计与实现

基于FPGA的多通道直流电机控制电路的设计与实现

Internal Combustion Engine & Parts• 15•

刘洪朋LIU Hong-peng

(山东职业学院电气工程系,济南250104)

(Department of Electrical Engineering, Shandong Polytechnic, Ji'nan 250104, China )

摘要:研究在FPG A芯片上利用N io sII软核、直流电机控制模块构造了一个嵌入式系统,实现了对多通道直流电机的控制。其控 制量包括电机的复位、电机通道的选择及正反转控制,实验结果表明F P G A实现的电路具有结构简单电路板面积小、功耗低、易于实 现扩展等特点,有广泛的应用前景。

Abstract: A design of using a Nios II soft core, and a special DC motor controller module based on FPGA structure an embedded system. This system realized the control of the m ulti-channel DC motor. The control procedure includes motor reset, motor channel selection and positive/negative control. The results shows the circuit has simple structure, less board area,

基于_fpga_的直流电机综合测控系统电路设计

基于_fpga_的直流电机综合测控系统电路设计

基于fpga 的直流电机综合测控系统电路设计

1. 引言

1.1 概述

随着科技的不断进步和电机技术的广泛应用,直流电机在工业生产和自动控制领域发挥着重要作用。直流电机的测控系统是实现对电机运行状态、控制以及数据采集等功能的关键部分。本文将介绍基于FPGA(现场可编程门阵列)的直流电机综合测控系统电路设计。

1.2 文章结构

本文主要分为五个部分:引言、直流电机测控系统概述、FPGA基础知识和相关技术介绍、直流电机综合测控系统的电路设计要点以及实验结果与分析。其中,引言部分对论文主题进行了简要介绍,同时提出文章目的和结构。

1.3 目的

本篇长文旨在通过对FPGA在直流电机测控系统中应用的研究,设计出高效且稳定可靠的直流电机测控系统。通过深入分析和实验验证,揭示FPGA在这一领域中所具有的优势,并展示其在驱动电路设计、信号采集与处理以及系统通信接口方面所能提供的解决方案。通过实验结果与分析,评估系统的性能,进一步证明该设计方案的可行性和有效性。

以上是“1. 引言”部分内容。

2. 直流电机测控系统概述

2.1 直流电机工作原理

直流电机是一种将直流电能转换为机械能的电动机。其工作原理基于洛伦兹定律和摩擦力等物理原理。直流电机由定子和转子组成,其中定子通常由线圈构成而转子则是一个旋转部件。当通过定子中通入直流电流时,形成了磁场,这个磁场与转子上带有导线的部分相互作用,产生了力矩,使得转子开始旋转。

2.2 测控系统的重要性

测控(Measurement and Control)系统在工程领域中具有广泛应用。对于直流电机而言,测控系统可以实现对驱动、监控、调节等方面的功能,以确保电机能够稳定运行并满足特定需求。测量和控制技术在直流电机领域中非常关键,因为它们可以帮助精确获取并处理与运行参数相关的信息,并根据需要进行相应的调整。

基于FPGA的无位置无刷直流电机控制系统设计

基于FPGA的无位置无刷直流电机控制系统设计

各个领域 。但是传统的 B DC 需要一个 附加的位置传 L M
感器来控 制转子 的位置 , 这就增 加 了电机 的制造和 维护
2 系统 控 制 方 案
无刷直流 电机调速 系统原理结构 框图如 图 1 所 示 ,
成本 , 而且 当 电机 的工作环 境 较为恶 劣时 , 会直接 影 响
Abs r c :Ac o d n o t e b c — ta t c r i g t h a k EM F me h d a d t e u i g o GA ’ a d r o i e o r e . h spa e u l e s re s t o n h sn fFP Sh r wa e l g c r s u c s t i p rb id a s n o l s
资 源灵 活 的实 现各 种逻 辑 功能 。 同 时加 以单神 经元 自 适应 P D控 制算法 , 整个 电机控制系统达到快速性和 S 使 稳 定性 的要 求 。
术 、新 型电力 电子器件 、新型控制理论 的ห้องสมุดไป่ตู้展而兴起 的

种新 型直 流 电机 。 因其 优越 的性 而 被广 泛 的应用 于
神经元 自适应 P I 电流环调节 的 用 。试验结果验证 _系统 的可行性 , S)在 r 具有 良好的动态性 能和鲁捧性 。 关键词: 九俯置丸制 卣流 电机 ; S P D控 制器 ; 反电动 势过零检测 ; P F GA 【罔分类号 : M9 1 1 } 1 T 2. 艾献标识码 : B 文章编号:0 3 2 i2 1 )2 0 9 4 1 0 7 4 (0 10 0 0 0

基于FPGA的直流电机PWM控制

基于FPGA的直流电机PWM控制
电机 停 止 转 动 。
H桥电路 由大功率 晶体管组成 , WM输 出波形通过方 向控制 电路 P 送 到 H桥, 经功 率放大 以后 对直流 电机 实现 四象 限运行 。并 由E 1 N 信 号控 制是 否允许 变速。
4直 流 电机 P M 调 速 控 制 电 路 设 计 . W
最 大值 v x ma 平均 值 v d
图 i WM调速原理 P 在脉冲作用下 , 当电机通 电时 , 速度增加 ; 电机 断电时 , 速度逐渐减 小 。只要按 一定规律 , 变通 、 改 断电 时间 , 即可让 电机转速得 到控 制 。 设电机永远接通 电源时 , 其转 速最大为 V x设 占空 比为 D t厂 , ma , = 1r 则电 机的平均速度为 : d Vma ・ V= xD 式中 , d v —— 电机 的平均速度 ; v x ma—— 电机全通时 的速度 ( 最大 ) ;
空 比减 小 , 转 速 变 慢 。 电机
在 C K 的作用下, 齿波计 数器输 出周期性 线性增 加 的锯 齿波 。 L0 锯
当计数 值小于设定 值时, 比较器输 出Fra Baidu bibliotek 电平; 数字 当计数值大 于设定值
时, 字比较器输出低电平_ 数 由此产生周期性 的P WM波形 。 旋转方 向控制 电路 控制直 流电动机转 向和启/ , 停 该电路 由两个二 选 一 的多路 选择 器组 成,/ 键 控制 选择 P ZF WM波形 是从 正端 Z进 入 H

FPGA的电机控制

FPGA的电机控制

2.直流电机的控制:
直流电机具有很好的线性调速特性,简
单的控制性能。控制直流电动机的转动 方向比较简单,只需使驱动电路控制直 流电源正接、反接,便可以达到对方向 的控制。
• 直流电机转速n的表达式为
n U IR
K
• 式中U--电枢端电压 ;K---电机结构参数。由 式可得,直流电机的转速控制方法可以分为两 类:一类是对励磁通进行控制的厉磁控ຫໍສະໝຸດ Baidu法即 改变磁通ф,一类是对电枢电压进行控制的电 枢控制法即改变电枢电压U。在本设计中,我 们采用PWM的调制法来改变电压大小。
光耦在本设计中的应用
• 从FPGA的I/O口中输出的电压只有3.3V,若 功放管的基极直接与FPGA的I/O口相连,则 控制电压最高为3.3V,再加上晶体管本身的压 降,加到电动机两端的电压就更少了,电动机 的驱动力明显不够.。因此,我们运用了 TLP521-2光耦集成芯片,将控制部分与电机 的驱动部分隔离开来,这样不仅增加了各系统 模块之间的隔离度,也使驱动电流得到大大的 加强。
电机控制总框图
按键
LED显 示
FPGA最小系 统
直流驱 动
步进驱 动
直流电 机
步进电 机
电机简介
• 步进电机: 步进电机就是将电脉冲信号转变为角位移或线 位移。在正常情况下,电机的转速、停止的位 置只取决于脉冲信号的频率,而不受负载变化 的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转 过一个步距角。步进电动机的种类很多,按励 磁方式可分为反应式、永磁式和感应子式;按 相数分则可分为单相、两相和多相三种。
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河南大学2014届本科毕业论文

论文题目

基于FPGA直流电动机驱动的设计

论文作者姓名:______________

作者学号:___1003618004_______

所在学院:民生学院

所学专业:_电子信息科学与技术_

导师姓名职称:___ _______

论文完成时间: 2014年04月24日 _

I

河南大学民生学院本科毕业论文

目录

摘要: ..................................................................................... 错误!未定义书签。

0 前言 (2)

1 绪论 (2)

1.1 课题的来源 (2)

1.2 课题研究的目的及意义 (3)

1.3 课题国内外研究现状 (4)

1.4 课题实质性展现 (4)

2直流电动机的概括 (4)

2.1 直流电动机的基本构成 (4)

2.2 直流电动机的工作原理 (5)

2.3 直流电动机的性能 (6)

3 直流电动机的控制及PWM(脉宽调制) (7)

3.1 控制器的控制电路 (7)

3.2 转子位置传感器 (8)

3.3 直流电动机的控制原理详解 (9)

3.4 直流电机转速控制与PWM脉宽调制 (11)

4 FPGA及其组成的控制器 (12)

4.1 FPGA芯片 (13)

4.2 VHDL硬件描述语言 (14)

4.3 运用FPGA来实现对直流电动机的控制 (15)

4.4 PWM(脉宽调制信号) (16)

4.5速度检测 (19)

5 结论 (20)

参考文献 (20)

II

基于FPGA的直流电机驱动的设计

电子信息技术在如今的社会中已然达到迅猛发展阶段,国家也在大力加强电子商务领域的引导性投资,可见其在当今社会中的重要性。

电子技术的发展方向。可以说模拟电子技术是电子技术的根本,在调制解调,功率放大,信号放大、整流稳压等电路方面具有非常重要作用,移动通信等领域都不可或缺。电子技术的另外一个重要组成部分数字电子技术同等重要的,和模拟电子技术相对比,数字电子技术具有稳定性好,精度高,抗干扰性强的优势。也正是因为数字电子的这些优势使得它在一些领域的发展更胜于模拟电子,数字滤波器就是一个很好的证明。

数字电子技术目前也在向两个截然相反的方向发展,一是基于通用处理器的软件开发技术,如单片机、bps等技术,它们是在一个通用处理器的基础上结合少量的硬件电路设计来完成系统的硬件电路,而将主要精力集中在算法、数据处理等软件层次上的系统方法。另一个方向是基于CPLD/FPGA的可编程逻辑器件的系统开发,其特点是将算法、数据加工等工作全部融入系统的硬件设计当中,在“线与线的互联”当中完成对数据的加工。

单片机微处理器作为核心来实现直流电机的控制已然跟不上时代发展的需求。由此电机控制器也由模拟分立原件构成的电路向数模混合、全数字方向发展。此文章主要研究了FPGA芯片在直流电机控制器中的作用。文章详细的介绍了直流电机的类型、结构、工作原理、PWM调速原理和FPGA集成芯片。后对所需应用的硬件语言VHDL方面知识也进行了介绍。从而为论文的具体设计部分提供了理论基础。FPGA的电机控制中,最基本的作用有三:组合逻辑、计数器、状态机。

关键词:

FPGA芯片;直流电机;硬件描述语言(VHDL);PWM;现场可编程门阵列

DC motor driven FPGA-based design Electronic information technology in today's society has already reached the rapid development stage, countries are vigorously strengthen the field of electronic commerce to guide investment, and its importance in today's society .

Direction of development of electronic technology. It can be said analog electronics technology is the fundamental electronic technology, the modem, power amplification, signal amplification, rectification regulators and other aspects of the circuit has a very important role in areas such as mobile communications are indispensable. Another important part of the digital electronic technology as important as electronic technology, and the relative ratio of analog electronics, digital electronics technology has good stability, high accuracy, strong anti-interference advantages. It is also because of these advantages make it the development of digital electronics in some areas more than analog electronics, digital filter is a good proof.

Digital electronic technology is also currently the two diametrically opposite

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