直流电机单闭环控制、分解

wk.baidu.com比较器发生值
毕设结果
单闭环实现原理
偏差值
实际值 转换为转 速值 设定值
比较器1
比较值B产生 器（PWM周 期调节器
比较值 A（PID 控制）
频率计
光电传感器采集 H型直 直流电机 流电机 PWM 驱动
比较器2 （PWM 发生器）
开关控 制器
消抖电路
按键5
单闭环实现原理


系统通过FPGA内部产生PWM波形输出到H型驱动电路 控制电机的转动，采集电路反馈电机转动的波形到 FPGA进行系统分析，形成闭还控制。 工作流程为：检测到电机工作脉冲，将其转换为实际 转速M，实际转速M与设定好的设定转速N比较并且分 析，得出偏差值Q，内部的PID调节器对偏差Q和M，N 进行分析，输出调节比较器2（PWM波形发生器）的 比较值的信号。比较器2输出的PWM波形接到电机开 关控制器，电机控制器的输出由输入按键5控制。开关 控制器开时输出PWM波形到H型驱动电路驱动电机工 作。
COMPARE
unsigned compare
dataa[9..0] datab[9..0]
inst
agb
测速频率计
当叶扇挡住DS时，Q截止，5脚得到5v高电平，负端输出电压为3.8v，则IO 口输出高电平；反之，当叶扇没挡住DS时，接收管导通，5脚电压被拉低到 0.3v左右，从而输出端IO输出低电平；所以当点击转动时，IO输出端得到 随电机转速变化而变化的方波。通过FPGA内部频率检测计检测该波形可以 得到此时的转速。
人为机械特性方程式
n Un
e n
R R T n n K K K
ad a 2 0 e t n
当分别改变电压 、磁通量和 电阻时，可以得到不同的转 速n，从而实现对速度的调节
由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动 机的励磁电流If和磁通量Φ 只能在低于其额定值的 范围内调节，故只能弱磁调速。而对于调节电枢 外加电阻R时，会使机械特性变软，导致电机带负 载能力减弱
如何实现正反转？
DLR-R为1，DLR-L为0，使能信号为1，则Q1，Q4导通； DLR-R为0，DLR-L为1，使能信号为1，则Q2，Q3导通，电机反向；
H型控制电路
致谢

在本设计的设计和制作过程中，我得到了学校、 系、老师和同学的大力帮助和支持。学校和系 里的领导给我们提供了及其便利的工作环境， 特别感谢郭老师。从设计一开始的选题到设计 的实现方法一直到最后的调试，郭老师一直给 我很大的帮助，在遇到问题时细心帮我分析了 问题的根源，共同探讨解决的方法，才使设计 得以顺利的完成。同时也感谢在座的各位老师 对我所做的成果的肯定。谢谢！
+5V
R
2
2
3.3V
U
R
1
Res2
R
A
1
Res2
4.7k
R
3
5
LM339AN
1
5
0
Res2
2
4K7
Res2
4
I
1
0
K
D
S
LED1
Photo
NPN
Q
4
R
P
3
C
1
C
RPot
C
Cap
Pol1
3
1
0
0
K
2.2uF
Cap
0.1uF
2.2uF
Cap
Pol1
2
O
频率计的设计


扇叶上只有一个小孔， 电机每转过一圈产生一 个脉冲 闸门时间为0.25秒。假设 在0.25秒的闸门时间内共 检测到 N个脉冲，则可 以通过计算得出 电机的 转速 F=N*4/1转/秒
基于FPGA小型直流电机单 闭环控制
主要研究内容

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。
直流电机调速原理
PWM的产生是从比较器的输出得到的，通过改变比 较器的输入来达到输出周期一定占空比可调的方波 设计思路：dataa从0到1024步进加1一直循环，循环的周期即为最终输出 的方波的周期。Dataa 的值从0一直加1加到1024后跳变回到0，从模拟的 角度考虑问题，可以把dataa 看成是周期一定的锯齿波。通过PID控制器计 算，根据反馈的值调整datab对比较器的输入，从而达到改变输出PWM占 空比的目的
数据显示
除法器的介绍
对设定值和实际转速的显示都是经过换算分别求得要显示 的数的十位、个位、十分位、百分位的值。然后经过转换 成为BCD码，最终显示在2片4位一体的共阴极数码管上面
div ider a[14..0] b[14..0] y [14..0] rest[14..0]
inst
PID调节器

外围硬件包括输入模块，转速采集模块， 显示模块以及直流电机
按键输入 FPGA 电机转速采集电 路
显示模块 直流电机 驱动电路 及直流电 机
H型控制电路
DLR-R为1，DLR-L为0，使能信号为1，则Q1，Q4导通； DLR-R为0，DLR-L为1，使能信号为1，则Q2，Q3导通，电机反向；
PWM波形发生器的设计及分析

偏差值Q=|M-N|，当M>N时out=1；当M<N时out=0； data为步进值，根据Q的大小来调节data的值； 当Q>570,DATA=30;当114<Q<570，DATA=6；当 0<Q<57，DATA=1;当Q=0时，DATA=0.
设定值m 实际值n 比较器 偏差Q
比较值data
消抖电路
T<Tclk<Tmin Tclk为CLK的时钟周期； T为干扰信号的周期； Tmin 为电机达到最大 速度时检测到波形信 号的周期
x
PRE
y
PRE Q D Q
dout~0 dout
din clk
D
ENA CLR
ENA CLR
消抖电路
仿真波形
如果Tclk<T 则带入了 干扰信号，没有达到 消抖的作用。如果 T>Tmin ,则是消抖过 大，把有用的信号滤 除掉
改变电枢电压，实现对直流电机速度调节
硬度不随电枢电压的变化而改变，电 机带负载能力恒定 平滑调节他励直流电机电枢两端电 压时，可实现电机的无级调速
PWM基本原理
PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端 的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。
系统的外围硬件及其与FPGA的接 口电路