FPGA的電機(jī)控制ppt課件

1、FPGA最小系統(tǒng)按鍵步進(jìn)驅(qū)動直流驅(qū)動LED顯示直流電機(jī)步進(jìn)電機(jī)電機(jī)控制總框圖 電機(jī)簡介 步進(jìn)電機(jī)： 步進(jìn)電機(jī)就是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移。在正常情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。步進(jìn)電動機(jī)的種類很多，按勵磁方式可分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。步進(jìn)電機(jī)工作方式 由于使用的是四相步進(jìn)電機(jī)，其工作方式有四相四拍，四相八拍及正反轉(zhuǎn)多種方式。為了保證控制精度及電機(jī)有足夠轉(zhuǎn)矩，采用四相八拍工作方式 四相八拍正轉(zhuǎn)A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A 四相八拍反轉(zhuǎn)A-AD

2、-D-DC-C-CB-B-BA-A 步進(jìn)轉(zhuǎn)速已知電機(jī)的齒數(shù)為50，則四相電機(jī)八拍運(yùn)行時步距角為=360度/（50*8）=0.9度的尺度則可以計算出步進(jìn)電機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)速計算n=60f/(ZR*N),其中ZR為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N為運(yùn)行拍數(shù)，f是控制脈沖的頻率.可見，步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與其它因素?zé)o關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)與工作拍數(shù)一定時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與輸入脈沖頻率成正比，或者說其轉(zhuǎn)速和脈沖頻率同步。改變脈沖頻率可以改變轉(zhuǎn)速，故可進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍較寬。ZR*N=360/b=360/0.9=400,所以n=60f/400.可調(diào)頻率為10400Hz,故轉(zhuǎn)速為1.25-60r/

3、min.功能簡介功能簡介 （1步進(jìn)電機(jī)能夠在四相四拍及四相八拍工作方式下運(yùn)行。 （2能實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及速度變換。 （3能夠?qū)崿F(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及速度調(diào)節(jié) （4顯示電機(jī)工作狀態(tài)電機(jī)控制簡介 1.步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制: 步進(jìn)電機(jī)能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角步進(jìn)電機(jī)能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，不需要位移，不需要A/D 轉(zhuǎn)換，步進(jìn)電機(jī)的空載啟轉(zhuǎn)換，步進(jìn)電機(jī)的空載啟動頻率一般較高，而運(yùn)行頻率相對來說較低，動頻率一般較高，而運(yùn)行頻率相對來說較低，以超過空載頻率啟動將出現(xiàn)失步甚至無法起動。以超過空載頻率啟動將出現(xiàn)失步甚至無法起動。為了保證控制速度的精確性，要從一個速度準(zhǔn)為了保證控制

4、速度的精確性，要從一個速度準(zhǔn)確達(dá)到另外一個速度，就要建立一個校驗機(jī)制，確達(dá)到另外一個速度，就要建立一個校驗機(jī)制，以防超過或未達(dá)到所需速度。以防超過或未達(dá)到所需速度。2.直流電機(jī)的控制： 直流電機(jī)具有很好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能?？刂浦绷麟妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)動方向比較簡單，只需使驅(qū)動電路控制直流電源正接、反接，便可以達(dá)到對方向的控制。 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為 式中U-電樞端電壓 ；K-電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。由式可得，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可以分為兩類：一類是對勵磁通進(jìn)行控制的厲磁控制法即改變磁通，一類是對電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法即改變電樞電壓U。在本設(shè)計中，我們采用PWM的調(diào)制法來改變電壓大小。KIR

5、Un 驅(qū)動方案比較 單元電路設(shè)計 軟件設(shè)計總體設(shè)計方案 總體設(shè)計思路總體設(shè)計思路 用于控制的電機(jī)是廣州致遠(yuǎn)電子公司生產(chǎn)的電機(jī)實用于控制的電機(jī)是廣州致遠(yuǎn)電子公司生產(chǎn)的電機(jī)實 。驗儀：。驗儀：DP-51MOTOR(帶有驅(qū)動電路帶有驅(qū)動電路,我們可以另我們可以另外設(shè)計驅(qū)動電路外設(shè)計驅(qū)動電路)。為了實現(xiàn)對電機(jī)的控制，我們沒有。為了實現(xiàn)對電機(jī)的控制，我們沒有去做去做FPGA最小控制系統(tǒng)，而是直接采用最小控制系統(tǒng)，而是直接采用F廣州致遠(yuǎn)電廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的子有限公司的FPGA實驗儀：實驗儀：DP-FPGA。 關(guān)鍵問題是如何產(chǎn)生對電機(jī)的控制信號。關(guān)鍵問題是如何產(chǎn)生對電機(jī)的控制信號。 功率驅(qū)動電路的方案論

6、證 從FPGA的I/O中出來的電流較少，不足以驅(qū)動電機(jī)，或者能夠驅(qū)動起來，但功率達(dá)不到要求。所以必須設(shè)計功率驅(qū)動電路。對于直流電機(jī)的驅(qū)動方案，有一個非常精典的驅(qū)動電路,不做過多論證。即采用由晶體管功率放大器8050和8550組成的H型PWM電路。用FPGA控制晶體管功率放大器使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的 控制；電子開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛應(yīng)用的PWM調(diào)速技術(shù)。 光耦在本設(shè)計中的應(yīng)用 從FPGA的I/O口中輸出的電壓只有3.3V，若功放管的基極直接與FPGA的I/O

7、口相連，則控制電壓最高為3.3V，再加上晶體管本身的壓降，加到電動機(jī)兩端的電壓就更少了，電動機(jī)的驅(qū)動力明顯不夠.。因此，我們運(yùn)用了TLP521-2光耦集成芯片，將控制部分與電機(jī)的驅(qū)動部分隔離開來，這樣不僅增加了各系統(tǒng)模塊之間的隔離度，也使驅(qū)動電流得到大大的加強(qiáng)。TLP521為光耦芯片步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動論證。 單電壓驅(qū)動 斬波恒流驅(qū)動 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路直流電機(jī)驅(qū)動電路直流電機(jī)驅(qū)動電路軟件設(shè)計軟件設(shè)計總控制模塊是采用VHDL語言在DP-FPGA實驗板上編程。通過對各個按鍵的選擇來實現(xiàn)各種功能。總的控制模塊就是一個對不同按鍵的響應(yīng)程序。共有復(fù)位RESET 鍵，步進(jìn)與直流電機(jī)選擇SLECT鍵，正反選擇ALT,啟動SHIFT鍵，速度選擇SP