基于FPGA的反应式步进电动机控制系统设计

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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

基于 FPGA 的步进电机控制系统设计摘要:步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械角位移或线位移的机电元件,因其具有成本低、易于精确控制、无累积误差等优点,在生产、生活中的很多领域有广泛应用。

本文以两相混合式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,设计了基于 FPGA 的两轴联动控制和细分驱动控制的实现方案。

关键词:步进电机;两轴联动;细分驱动1 步进电机的控制原理步进电机的控制原理可归纳为以下两点:(1)换相顺序的控制,通电状态的切换。

这一过程称为“脉冲分配”。

如:四相步进电机的单四拍工作方式,其各相绕组通电顺序为 A-B-C-D-A。

控制电机 A、B、C、D 相的控制脉冲应严格按照这一顺序执行,如果通电顺序按 A-D-C-B-A,则电机的转向发生改变,即控制步进电机的通电顺序可控制步进电机的转动方向。

(2)步进电机的速度控制。

步进电机的转动快慢和控制脉冲信号的频率有关,当步进电机接收到一个控制脉冲信号,它就转动一步,再来一个脉冲,它会再转一步。

发出的两个脉冲信号的时间间隔越短,步进电机的转动就越快。

调整控制器发出的脉冲信号的频率,就可以对步进电机进行调速控制。

2 步进电机的两轴联动插补控制采用插补算法实现对多个设备的联动控制,是目前常使用的一种方法。

插补是指在起点和终点之间插入一些中间点的过程。

通过插补算法的分析比较,本文设计的方案采用数字积分直线插补算法,基于 VerilogHDL 语言设计了步进电机两轴联动控制的 DDA 程序,并结合步进电机的工作方式,来实现基于 FPGA 的步进电机两轴联动控制。

该设计方案有利于步进电机的并行控制和实时控制。

2.1 步进电机联动控制的设计方案为了验证 DDA 插补的可行性,本文结合步进电机的工作方式进行验证。

图2.1是联动控制系统的方框图。

控制系统电路中主要包含了三大模块:分频器、DDA插补器和步进电机工作方式控制器。

步进电机需要脉冲信号来驱动,但是FPGA开发板上提供的有源晶振频率一般是50MHz,这个频率不能驱动步进电机运转,必须进行分频。

基于FPGA技术的步进电机控制的设计

基于FPGA技术的步进电机控制的设计

1、引言随着步进电机广泛地应用于数字控制系统中作为伺服元件,对步进电机在实时性和灵活性等性能上的要求越来越高。

那么如何灵活、有效地控制步进电机的运转成为研究的主要方向。

这里采用现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA),通过VHDL语言编程来实现四相步进电机的控制。

利用FPGA设计具有以下优点:硬件设计软件化:FPGA的开发在功能层面上可以基本上脱离硬件而在EDA软件上做软仿真。

当功能确定无误后可以进行硬件电路板的设计。

最后将设计好的,由EDA软件生成的烧写文件下载到配置设备中去,进行在线调试,如果这时的结果与要求不一致,可以立即更改设计软件,并再次烧写到配置芯片中而不必改动外接硬件电路。

进行分层模块设计后系统设计变得更加简单,在实时性和灵活性等性能上都有很大的提高,有利于步进电机的运动控制。

高度集成化,高工作频率:一般的FPGA内部都集成有上百万的逻辑门,可以在其内部规划出多个与传统小规模集成器件功能相当的模块。

另外,一般的FPGA内部都有PLL倍频和分频电路模块,这样可以在外部采用较低频率的晶振而在内部获得较高频率的时钟,进一步解决了电磁干扰和电磁兼容问题。

2、控制系统的硬件组成步进电机控制的最大特点是开环控制,不需要反馈信号。

因为步进电机的运动不产生旋转量的误差累积。

由FPGA实现的步进电机控制系统结构如图1所示。

控制系统中的核心芯片是FPGA,如虚线所示。

它由两大功能模块组成:移位定位控制模块和方向控制模块,其中,移位控制模块的核心是锁相环PLL宏模块电路,它在不同速度控制信号作用下,可将经时钟分频器分频后的系统时钟改变为不同的PWM信号,将此信号作为速度控制模块的变频时钟,可达到改变步进电机速度的目的。

方向控制模块的核心是脉冲分配电路,在每一个变频时钟周期内,脉冲分配器可在不同的方向控制信号下产生不同方向的步进时序脉冲,从而控制步进电机顺时针或基于FPGA 技术的步进电机控制的设计杨树兴 锦州市机电工程学校 121013图1 步进电机FPGA控制系统框图DOI:10.3969/j.issn.1001-8972.2010.08.031逆时针转动。

基于FPGA的步进电机控制器设计

基于FPGA的步进电机控制器设计

基于FPGA的步进电机控制器设计步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的特殊电机,每改变一次通电状态,步进电机的转子就转动一步。

目前大多数步进电机控制器需要主控制器发送时钟信号,并且要至少一个I/O 口来辅助控制和监控步进电机的运行情况。

在单片机或DSP 的应用系统中,经常配合CPLD 或者FPGA 来实现特定的功能。

本文介绍通过FPGA 实现的步进电机控制器。

该控制器可以作为单片机或DSP 的一个直接数字控制的外设,只需向控制器的控制寄存器和分频寄存器写入数据,即町实现对步进电机的控制。

1 步进电机的控制原理步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合对数字系统的控制。

步进电机可分为反应式步进电机(简称VR)、永磁式步进电机(简称PM)和混合式步进电机(简称HB)。

步进电机区别于其他控制电机的最大特点是,通过输入脉冲信号来进行控制,即电机的总转动角度由输入脉冲数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。

步进电机的驱动电路根据控制信号工作,控制信号由各类控制器来产生。

其基本原理作用如下:①控制换相顺序,通电换相。

这一过程称为脉冲分配。

例如:四相步进电机的单四拍工作方式,其各相通电顺序为A-B-C-D。

通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D 相的通断,控制步进电机的转向。

如果给定工作方式正序换相通电,则步进电机正转;如果按反序换相通电,则电机就反转。

②控制步进电机的速度。

如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。

两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。

调整控制器发出的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。

2 控制器的总体设计控制器的外部接口电路如图1 所示。

各引脚的功能如下:控制器的内部原理框图如图2 所示,由命令字寄存器(Cmd_reg)、分频系数备份寄存器(fdiv_back)、分频器、相位输出状态机组成。

基于FPGA的步进电机驱动控制系统设计_顾瑞娟

基于FPGA的步进电机驱动控制系统设计_顾瑞娟
:A ’s , A b s t r a c t r o b l e m s i m e d a t t h e s t e i n m o t o r t h a t i t w i l l l o s e s t e s w h e n i t s t a r t s a n d o v e r s h o o t w h e n i t s t o s a m e t h o d p p p g p p s t e i n m o t o r s e e d c o n t r o l b a s e d o n F P G A i s r e s e n t e d .T h e s t e i n m o t o r d r i v i n c o n t r o l s s t e m i s c o n s t r u c t e d .T h e o f p p g p p p p g g y , s s t e m t h a t a c h i e v e d t h e a i m o f s t e i n m o t o r s e e d c o n t r o l b a l o r i t h m f o r s o f t s t a r t i n a n d s o f t s t o i n c a n r e v e n t c o n t r o l y p p g p y g g p p g p , ’s l o s i n s t e s a n d o v e r s h o o t i n a n d i n c r e a s e t h e o e r a t i n f r e u e n c . A l s o t h e i m l e m e n t a t i o n o f s t e i n m o t o r o n r e o w e r - - g p g p g q y p p p g p s e t a n d d o w n d e t e c t i o n c a n m i s l e a d i n o e r a t i o n w h e n o n .T h e e n t i r e s s t e m c o mm u n i c a t e s t h r o u h t h e o w e r r e v e n t o w e r - - g p y g p p p , a n d r e a l i z e s n e t w o r k m a n a e m e n t . F i n a l l a c a s e s t u d o f s e t u t h a t t h e s t e i n m o t o r d r i v i n c o n t r o l s s n e t w o r k l a n n i n - g y y p p p g g y p g r e s e n t e d t e m a l i e s t o o t i c a l s s t e m i s t o v e r i f t h e f e a s i b i l i t o f t h e m e t h o d . p p p p y y y

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。

Based on the six line four phase stepper motor as the control object,based on the characteristics and working principle analysis of stepping motor,the TS3103TC100-3 model for the stepping motor and the model for the EP1K10T100—3 FPGA, to realize the FPGA technology to the design and the stepper motor control system based on. This paper presents control method for model FPGA EP1K10T100—3 as the core of the design of four phase step motor drive peripheral circuit control system, the control circuit and the use of VHDL language of the stepper motor,the use of four mechanical buttons to control the stepper motor speed,direction,realize the stepper motor acceleration speed and constant speed control of step angle of stepping motor rotation, at least 1.8 degrees. And the system’s portability advantages, strong reliability。

基于FPGA的步进电机控制器设计

基于FPGA的步进电机控制器设计

基于FPGA的步进电机控制器设计步进电机是一种常见的电动机,具有精准控制和高可靠性的特点。

而FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,可以实现复杂逻辑功能。

结合FPGA和步进电机进行控制,可以实现更高精度和更灵活的控制方式。

首先,步进电机的控制需要确定三个参数:步进角度、步进速度和步进方向。

FPGA可以通过编程的方式实现对这些参数的实时控制。

基于FPGA的步进电机控制器设计需要实现以下几个模块:1.步进电机驱动器:这个模块负责将FPGA输出的控制信号转换为适合步进电机的电压和电流。

可以使用高驱动能力的电路来驱动步进电机,确保电机可以正常运行。

2.位置控制器:这个模块负责根据输入的步进角度和方向控制步进电机的转动。

可以使用计数器和比较器来实现精确的角度控制,通过FPGA 的编程方式可以实时调整步进角度和方向。

3.速度控制器:这个模块负责调整步进电机的转动速度。

可以使用定时器和计数器来实现一个精确的时间基准,通过调整计数器的数值来控制步进电机的速度。

FPGA的编程方式可以实时调整步进速度。

4.通信接口:这个模块负责与外部设备进行通信。

可以使用UART、SPI或者I2C等通信协议,通过FPGA的外部接口与其他设备进行交互。

以上几个模块可以通过FPGA内部的硬件描述语言(如VHDL或Verilog)进行编程实现。

通过FPGA的编程方式,可以实时调整步进电机的控制参数,提高步进电机的精度与稳定性。

但是,基于FPGA的步进电机控制器设计也存在一些挑战。

首先是硬件资源的限制,FPGA的资源有限,需要合理分配资源,确保系统的运行效率和稳定性。

其次是时序设计的复杂性,步进电机的精确控制需要高频率的脉冲信号,要求FPGA具备快速响应和高速计数的能力。

综上所述,基于FPGA的步进电机控制器设计可以实现精确控制和高可靠性,并且具有灵活性和可编程性,可以适应不同的应用场景。

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》范文

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》范文

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》篇一一、引言随着科技的飞速发展,步进电机已经成为现代工业自动化领域中不可或缺的驱动装置。

步进电机细分驱动器作为步进电机控制的核心部分,其性能的优劣直接影响到步进电机的运行精度和效率。

传统的步进电机驱动器通常采用微控制器或DSP进行控制,但这些方案在处理高速、高精度的运动控制时存在一定局限性。

因此,本文提出了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)控制的步进电机细分驱动器设计方案,并对其设计与实现进行详细阐述。

二、系统设计1. 硬件设计本系统主要由FPGA控制器、步进电机驱动模块、电源模块、信号采集与反馈模块等组成。

其中,FPGA控制器是整个系统的核心,负责接收上位机发送的控制指令,并通过算法计算出适当的细分控制信号,驱动步进电机进行精确运动。

步进电机驱动模块采用高电压、大电流的H桥电路,以实现对步进电机的有效驱动。

2. 软件设计软件设计主要包括FPGA程序设计、信号采集与处理算法设计等。

FPGA程序设计采用硬件描述语言(HDL)进行编写,实现步进电机的精确控制。

信号采集与处理算法则用于实时监测步进电机的运行状态,并将数据反馈给FPGA控制器,以便进行实时调整。

三、FPGA控制算法设计1. 细分控制算法步进电机的细分控制是提高其运行精度的重要手段。

本系统采用基于FPGA的细分控制算法,通过精确控制步进电机的相序和通电时间,实现步进电机的细分数可调。

同时,通过优化算法,降低电机的振动和噪音,提高电机的运行平稳性。

2. 运动控制算法运动控制算法是实现步进电机精确运动的关键。

本系统采用基于PID(比例-积分-微分)算法的运动控制策略,通过实时调整PID参数,实现对步进电机的精确位置和速度控制。

同时,通过引入前馈控制策略,进一步提高系统的响应速度和抗干扰能力。

四、系统实现与测试1. 硬件实现根据系统设计,完成FPGA控制器、步进电机驱动模块、电源模块、信号采集与反馈模块等硬件电路的搭建与调试。

步进电机控制电路一种基于FPGA的实现_刘加峰

步进电机控制电路一种基于FPGA的实现_刘加峰

第28卷第8期2007年8月微 计 算 机 应 用M I CROC OM P UTER APPLI C AT I O NS V o.l 28N o .8Aug .2007本文于2006-04-10收到。

步进电机控制电路一种基于FPGA 的实现刘加峰 芦 勤 郁苏娟 罗 姗(首都医科大学生物医学工程学院 北京 100069)摘要:提出了一种利用EDA 技术,实现步进电机控制系统数字输入的方案,从而实现了对步进电机的精确控制。

介绍了系统的原理与结构框图,详细论述了控制电路核心部分的设计原理和实现,并给出了仿真波形。

该系统具有修改方便、使用灵活、可靠性高、可移植性强等优点.关键词:步进电机 细分控制 FPGA EDADesign of D igital Ste Pm otor Controller Syste m Based on FPGALI U Jiafeng ,L U Q i n ,YU Sujuan ,LUO Shan(Capita lU n i versity o fM ed i ca l Sc i ences ,Be ijing ,100069,Chi na)Abstrac t :In t h is paper ,first a di g ita l i nput techn i que about ste Pm oto r based on EDA i s i ntroduced .By usi ng th i s technique the Ste Pmo tor can be contro lled accurate l y .Besi des ,the pri nc i p l e and struct ure b l ock d i agra m are i n troduced .Furthe r mo re ,t he design pri n -ci p le and rea liza ti on for the core secti on of the contro l circu it are probed i n deta i,l and the si m u lati on wave is presented .T he syste m has t he feat u res o f bei ng easil y mod ifi ed ,good fl ex i b ility ,hi gh re liab ility and power f u l transp l antab le capab ility .K eywords :step m otor ,s ubd i v i ded contro,l FPGA,EDA步进电机作为控制执行元件,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和精密机械等领域,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,现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机,永磁式步进电机,混合式步进电机和单相式步进电机等。

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中图分类号:TM 383 6 文献标识码:A 文章编号:1001 6848(2007)10 0055 04基于FP GA 的反应式步进电动机控制系统设计张 齐1,2,华 亮2,吴 晓2(1.同济大学电子与信息工程学院,上海 200331;2.南通大学电气工程学院,南通 226007)摘 要:提出的步进电动机新型控制系统设计方法综合了EDA 技术、单片机和模糊控制技术,将细分功能、速度控制功能及模糊控制功能集成于FPGA 芯片,实现了三相反应式步进电机双正弦电流可变细分新型驱动控制器。

实验证明该驱动控制系统细分精度高、可维护性强,可实现非线性定位误差智能补偿,并且在指示表自动检定仪伺服进给机构中得到了良好的应用。

关键词:FPGA;步进电动机;双正弦驱动电流;细分;模糊控制;同频斩波Novel Controller D esign for StepM otor Based on FPGAZ HANG Q i 1,2,HUA L i a ng 2,WU X iao2(1.E lectricalEng i n eeri n g Depart m en,t Tong jiUn i v ersity ,Shangha i 200331,China ;2.E lectrica lEng i n eeri n g Depart m en,t Nantong Un i v ersity ,N antong 226007,Ch i n a)ABSTRACT :Th is study puts for w ar d a novel controller desi g n m ethod fo r reacti v e step m otor using si n g le chip processor ,EDA techn i q ue and fuzzy contr o lm ethod .A m icro stepping driver w hich subd i v ides the current accordi n g to doub le si n e w ave for VR step m otor is designed using si n g le chip processor and FPGA,wh ich i n cl u des subsection functi o n ,speed control and fuzzy contro.l The i n str um en t has features o f high prec ision ,effic iency ,better m ainta i n ability ,and it has broad prospect in applicati o n .M oreover this paper designs and m akes a fuzzy contro l syste m for the auto de tecti n g dev ice o f dig ita l gauge ,w h i c h is dri v en by step m otor ,and pr ov i d es the rea l ti m e contro l to the instrum entw ith high pre cision .KEY W ORD S :FPGA;Step m otor ;Doub le sine w ave driving curren;t M icr ostepp i n g ;Fuzzy contro;l Synchronous chopper收稿日期:2006 08 15修回日期:2007 06 040 引 言反应式步进电机由于转矩大、价格便宜等优点,在国内还有很大市场,其中以三相反应式步进电机的应用尤为广泛。

对反应式步进电机进行细分驱动可以提高电机运动的步距精度和分辨率,减小运行时的噪音和运行振荡,减少由于低频振荡引起失步的概率以及增大电机起动转矩等。

步进电机常使用于直接驱动,而直接驱动中连轴器的间隙会带来定位的误差。

基于以上现状,本文运用FPGA +单片机,实现了具有模糊控制功能的基于双正弦驱动电流波形的步进电机细分驱动控制系统,可实现高精度、可变细分,并可对定位误差进行补偿。

1 驱动器设计1 1 细分驱动电流选择步进电机的细分控制从本质上讲是通过对电机励磁绕组中电流的控制来实现的。

目前细分驱动电流常采用以下几种波形:双正弦波、桃形波、阶梯波、正弦波、准双正弦波[1 5]。

反应式步进电机中,一个绕组的正反向电流所产生的转矩是相同的,即电流反向而转矩并不反向,或者说在建立圆形旋转磁场中,各绕组只能考虑其电流的绝对值。

基于以上考虑,对于三相反应式步进电机,经济合理的方式是采用双正弦电流波形。

电流公式如下:55I a =I m si n (0 2 /3);I b =I m si n ( - /3) (2 /3 4 /3);I c =0 (4 /3 2 )(1)式中, 为电机转子偏离参考点的角度。

I b 滞后于I a 2 /3,I c 超前于I a 2 /3。

此时,合成电流矢量在所有区间I =(3/2)I m e -j,从而保证合成磁场幅值恒定,实现电机的恒转矩运行,而步进电机在这种情况下也最为平稳,可实现步距角的任意细分[5]。

1 2 器件方案选择文献[1]中采用单片机+EEPROM 实现了基于双正弦细分驱动电流的反应式步进电机控制系统。

采用单片机+EEPROM 的结构有以下不足:(1)当细分数较多时会造成硬件电路复杂,可靠性差;(2)灵活性不够,改变细分数要用编程器重写EEP ROM;(3)控制性能不佳。

可编程逻辑器件这几年得到了飞速发展和广泛应用。

FPGA 是基于查找表的结构模块,非常适合于实现寄存器用量大的设计,并适合于实现加法器、计数器等算术功能[6]。

利用FPGA 不但能大大缩减电路的体积,提高电路的稳定性及可靠性,而且先进的开发工具可使整个系统的设计调试周期大大缩短,维护升级便利。

1 3 基于FPGA 的细分电路设计1)FPGA 芯片选取在设计中,选取的FPGA 芯片不但要能够存放足够多的细分数据,而且要有足够的门数,能够支持闭环控制模糊算法以消除传动机构间隙等引起的传动误差和定位误差。

本设计中采用A ltera 公司的FLEX 10K70RC240-4晶片,内部容量有7万个逻辑门,可接输入输出脚高达189个,最大工作频率达95MH z 。

设计中采用MAXPLUSII 软件开发系统和硬件描述语言VHDL 。

2)步距角细分的FPGA 系统构成由式(1)可见,一般情况下总有两相绕组通电,一相电流逐渐增大,另一相逐渐减小。

对应一个步距角,电流变化N 个台阶,即步距角细分为N 份。

实验中取N =72,单相电流72细分结果如图1所示。

按照双正弦周期性规律产生的不等距阶梯波所对应的离散数据存储在LP M _ROM 中。

LP M _RO M 由FPGA 中的嵌入式EAB 所构成,可存放步进电机各相细分电流所需的控制波形数据表,细分数越多,则要储存的数据量越大,能储存多少数据由FPGA 的门数决定。

本设计中,采用3个LP M _RO M 来存储A 、B 、C 三相电流波形对应的数据。

LP M _ROM 有8位地址线,最多可存储256个字节数据。

实验中采用8位72进制可逆计数器(72细分),在时钟脉冲作用下递增或递减计数,以确定电机的转向。

计数器的输出信号和LP M _RO M 的地址线相连,在每相LP M _ROM 中保存72个对应数据,以供计数器根据存储器地址查询输出。

输出的信号接到D /A 转换为模拟量后送驱动电路进行同频斩波驱动。

FPGA 的控制信号由单片机给出,C I K 为计数频率脉冲,用于控制电机速度;RESET 为复位信号,高电平复位;EN 为使能信号,高电平允许计数;UPDOWN 为加减计数控制信号,用于控制电机正反转。

仿真得到的三相波形对应的部分数据如图2所示。

图1单相电流72细分图2 步进电机细分驱动仿真图1 4 同频斩波驱动电路设计细分驱动需控制相绕组电流大小。

斩波恒流驱动具有提高高频响应、输出转矩均匀、消除共振现象、提高系统效率等优点,是步进电机高性56能控制中常使用的驱动电路[7]。

但传统的恒流斩波电路较突出的问题是高频噪声和差拍噪声[8],常使用的克服上述噪声的方法是采用同频斩波电路。

本文针对文献[9]中的同频斩波电路进行了改进,采用FPGA 实现了文献[9]中的数字电路部分,在反馈通道增加了无源低通滤波器从而更有效地防止电机振荡;使功放管Q1、Q4都工作在相同的完全开关状态,提高绕组中电流的下降速度,更好地实现下降沿细分提高系统效率。

设计出的同频斩波电路如图3所示(其中的数字电路部分均在FPGA 中实现)。

同频斩波细分驱动电路仿真结果如图4所示。

图3细分及同频斩波驱动电路图4 同频斩波细分驱动电路仿真结果2 在指示表自动检定仪中的应用2 1 应用背景机电一体化指示表检定技术是指示表全自动检定仪的发展趋势[12]。

由于千分表等指示表本身为精密测量仪器,因此要求检定系统要有更高的精度,这就必须要求驱动电动机的分辨率很高,且能稳定进给。

以千分表为例,千分表分度值为1 m,为了保证指示表检定仪的检定精度,则要求电动机每一步驱动的直线位移量必须小于1 m 。

2 2 步进电机模糊微步控制系统伺服驱动系统都是由步进电动机、步进电动机驱动器、传动机构等组成,以实现对指示表测杆微量匀速进给。

传动机构将步进电动机的旋转运动变为直线运动,从而推动指示表测杆和光栅尺活动测头作直线运动。

所以传动机构的导程直接决定了系统的分辨率。

而传动机构中的变向装置、齿轮减速装置误差也增加了系统的误差。

这些误差存在的主要原因有:丝杆螺母存在间隙或失动量,传动件的加工精度不高或磨损,加速度较大时存在失控现象等。

这些误差的存在使该系统变成了包含多重非线性的系统,无法获得其准确数学模型。

所以在控制中采用模糊控制方法,以提高系统精度。

在设计中采用紧密光栅传感器(精度为1 m )安装在测微丝杆上测量导杆位移。

实验中,采用步进电机在1 m 中的微步数的变化量e (1 m 应走步数和实际步数之差)和变化率e c (e n -e n-1)作为模糊控制的输入,单片机计数CLK 输出增量作为模糊控制器的输出。

采用查表法,将模糊控制表存于FP GA 中,通过查表以输出信号给单片机控制输出脉冲增量,可满足实时控制要求。

系统所采用的传动机构的导程为0 5mm ,步进电机75BC380在三相六拍基础上进行72细分,控制精度为0 01 ,则每步直线位移量S =0 5mm !1000!0 01/360=0 0138 m <1 m,完全可满足系统要求。

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