發(fā)布時間：2018-02-07 10:01

  本文關鍵詞： 兩相混合式步進電動機 細分驅動 FPGA DRV8432　出處：《西安電子科技大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著科技的發(fā)展和社會工業(yè)化的進步,步進電機在機械控制領域得到了越來越廣泛的使用。但是在常規(guī)的電機控制方式下,步進電機會有精度過低,低頻震動等固有缺陷,限制了其在工業(yè)領域的應用。為了克服步進電機上述不足,提高步進電機運行的穩(wěn)定性,人們提出了步進電機的細分控制技術。該技術通過對步進電機勵磁繞組中電流的精確控制,使步進電機內部的合成磁場為均勻的圓型旋轉磁場,實現(xiàn)步進電機步距角的細分;采用該技術可以在不改變電機轉動力矩的條件下,大大的提高步進電機的轉動精度并改善電機低頻震動的特性。本文首先介紹了兩相混合式步進電動機的工作原理及其數(shù)學模型,并對細分驅動控制技術進行了理論分析;在理論分析基礎上,提出了采用恒頻調寬的PWM調流技術實現(xiàn)細分的控制方案;然后,本文從硬件和軟件兩個方面詳細介紹了基于FPGA的兩相混合式步進電動機細分驅動器的設計與實現(xiàn);最后,通過軟硬件測試結果驗證了本文設計方法的正確性。本文詳細介紹了基于FPGA的兩相式混合步進電機細分驅動器的設計和實現(xiàn)。具體的設計工作主要包括:1)細分驅動器的硬件系統(tǒng)設計;本設計選用Altera的EP2C8Q208C8N作為驅動控制系統(tǒng)的控制處理器,TI的DRV8432作為步進電機的功率放大器、Analog Devices的AD7874作為系統(tǒng)的A/D采樣轉換器、精密的儀表運算放大器對采樣電阻的電壓信號進行放大并輔以其它輔助電路完成了方案的硬件實現(xiàn)。2)增量式PID調節(jié)算法的研究與實現(xiàn);本文對增量式PID控制算法進行研究,并使用VHDL硬件描述語言對其進行了設計實現(xiàn);并在調試過程中,根據(jù)細分驅動器系統(tǒng)的特性,對PID調節(jié)算法的參數(shù)進行了調整。3)人機交互模塊的設計;本文在FPGA上實現(xiàn)串口通信模塊,使得使用者可以通過計算機能夠為外部系統(tǒng)設置細分驅動器的參數(shù),獲取驅動器的運行狀態(tài)。4)完成了對步進電機的細分控制系統(tǒng)控制軟件設計,并采用VHDL語言進行了實現(xiàn)。5)對步進電機細分驅動器進行了軟硬件聯(lián)合測試,并對測試結果進行了分析。根據(jù)實驗的結果,提出了部分模塊的優(yōu)化思路以及今后的工作方向。
[Abstract]:With the development of science and technology and the progress of social industrialization, stepping motor has been more and more widely used in the field of mechanical control. But in the conventional motor control mode, the step motor will have the inherent defects such as too low precision, low frequency vibration and so on. In order to overcome the shortcomings of stepping motor and improve the stability of step motor, The subdivision control technology of stepping motor is put forward, which makes the composite magnetic field in the stepping motor become a uniform circular rotating magnetic field through the accurate control of the current in the excitation winding of the step motor, and realizes the step angle subdivision of the step motor. This technique can be used without changing the torque of the motor. In this paper, the working principle and mathematical model of two-phase hybrid stepping motor are introduced, and the subdivision driving control technology is analyzed theoretically. On the basis of theoretical analysis, the control scheme of subdivision using PWM current modulation technology with constant frequency width modulation is proposed. In this paper, the design and implementation of two-phase hybrid stepping motor subdivision driver based on FPGA are introduced in detail from two aspects of hardware and software. The design and implementation of two-phase hybrid stepping motor subdivision driver based on FPGA are introduced in detail. The specific design work mainly includes: 1) subdivision drive. Hardware system design of actuator; In this design, the EP2C8Q208C8N of Altera is chosen as the control processor of the drive control system and the DRV8432 of TI is used as the power amplifier of the stepper motor and the AD7874 of Analog Devices is used as the A / D sampling converter of the system. The precision instrument operational amplifier amplifies the voltage signal of the sample resistor and accomplishes the hardware realization of the scheme by using other auxiliary circuits. 2) the incremental PID regulation algorithm is studied in this paper, and the incremental PID control algorithm is studied in this paper. In the process of debugging, according to the characteristics of the subdivision driver system, the parameters of the PID adjustment algorithm are adjusted. 3) the human-computer interaction module is designed. In this paper, the serial communication module is implemented on FPGA, which enables the user to set the parameters of the subdivision driver for the external system through the computer, and obtain the running state of the driver. 4) the software design of the subdivision control system for the stepping motor is completed. The software and hardware of step motor subdivision driver are tested by using VHDL language. The test results are analyzed. According to the experimental results, the optimization idea of some modules and the future work direction are put forward.
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM383.6

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本文編號：1494114