本文關鍵詞：基于FPGA的步進電機細分控制電路設計

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【摘要】：步進電機其實就是一種角度跟蹤元件。步進電機有它本身固有的特點,成本低,結構簡單,又可靠,同時它又是開環(huán)系統(tǒng),正是這些優(yōu)點,它的應用非常廣�？墒遣竭M電機,它本身又存在著很多的缺點,比如:分辨率很低、在低頻時發(fā)生振蕩,在高頻時又存在失步等,所以在一些系統(tǒng)要求精度高、穩(wěn)定性要求也高的應用中,限制了其使用范圍。在當前,步進電機控制的主要領域,是傳統(tǒng)控制方法通過采用處理器實現(xiàn)的,如DSP或單片機來實現(xiàn)。51單片機對于較簡單的控制算法比較適用。對于電路復雜,難度大的控制算法,以及非常不安全的作業(yè)場所,如在高速控制的場合,單片機就明顯不適合。如果多個步進電機的控制是由單片機控制的,那么則必需多個單片機,即采用多個處理器的方式,而各處理器的分散使得多個電機的同步比較困難。同時使用了多個單片機,使體積增大,系統(tǒng)的集成度、可靠性降低。發(fā)生故障的幾率將大大增強,并給排查故障和維護故障帶來很大的不便,同時多處理器控制方式,在一些高精度設備中,將無法滿足實時性的要求。本文介紹了基于FPGA的步進電機細分控制電路的設計,介紹了四象步進電機的工作原理、EDA的相關技術、步進電機細分驅動技術,最后用HDL語言設計了步進電機的細分驅動電路。以正弦波作為細分參考電流波形的混合步進電機細分電路,設計并實現(xiàn)了一種SPWM細分驅動技術,這種驅動方式可以更有效控制電機繞組電流波形,大大實現(xiàn)步進電機的均勻步距角細分,并提高它的分辨率。最后對各個功能模塊進行了設計和仿真,利用FPGA的開發(fā)板進行測試,細分之后步進電機能精確平穩(wěn)地轉動,達到了預期的設計目的。與此同時采用FPGA設計,從而簡化了外圍硬件電路,還縮短了步進電機的設計周期,不要外接D/A轉換器,提高了抗干擾性能,因此應用價值是很高的。
【關鍵詞】：步進電機 細分驅動 FPGA
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM383.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-11
• 1.1 課題研究背景8-9
• 1.2 課題研究意義9-10
• 1.3 步進電機細分驅動技術在國內外研究的基本現(xiàn)狀10-11
• 1.4 論文主要工作11
• 2 步進電機以及細分驅動技術11-18
• 2.0 步進電機的概述11-12
• 2.1 步進電機的工作原理12
• 2.2 步進電機的勵磁方式12-14
• 2.2.1 一相勵磁12-13
• 2.2.2 二相勵磁13
• 2.2.3 一-二相勵磁13-14
• 2.3 細分驅動原理14
• 2.4 細分驅動技術的發(fā)展14-15
• 2.5 電流矢量恒幅等角度旋轉法15-16
• 2.6 步進電機PWM細分驅動電路的設計16-18
• 3 EDA技術簡介18-25
• 3.1 EDA技術18
• 3.2 FPGA18-19
• 3.3 QuartusⅡ開發(fā)軟件19-20
• 3.4 硬件描述語言（HDL）20-22
• 3.4.1 Verilog HDL21
• 3.4.2 VHDL21-22
• 3.5 面向FPGA的開發(fā)流程22-24
• 3.5.1 EDA技術的優(yōu)勢22
• 3.5.2 面向FPGA的EDA開發(fā)流程22-24
• 3.6 SignalTap Ⅱ介紹24-25
• 4 基于FPGA的步進電機SPWM細分驅動系統(tǒng)的設計25-43
• 4.1 細分驅動系統(tǒng)設計的總體思路25-27
• 4.2 細分驅動系統(tǒng)各模塊基于FPGA的設計27-33
• 4.2.1 地址發(fā)生器模塊27-29
• 4.2.2 PWM計數(shù)器模塊29
• 4.2.3 ROM模塊設計29-30
• 4.2.4 比較模塊設計30-31
• 4.2.5 頂層模塊設計31-32
• 4.2.6 仿真測試32-33
• 4.3 步進電機細分驅動器的設計與實現(xiàn)33-39
• 4.3.1 驅動器電路總體結構33-35
• 4.3.2 電路各部分器件介紹35-39
• 4.4 用嵌入式邏輯分析儀對硬件測試39-43
• 結論43-44
• 致謝44-45
• 參考文獻45-46

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本文編號：726055