FPGA在电机控制系统设计中的应用

基于FPGA的电机DSVM直接转矩控制实现

基于FPGA的电机DSVM直接转矩控制实现楼忠兴（浙江义乌工商学院计算机工程系,浙江义乌322000）[摘要]针对传统直接转矩控制方案中转矩波动问题，提出了一种基于离散空间矢量调制(DSVM)技术的电机直接转矩控制(DTC)的控制系统。

该系统采用FPGA作为核心器件，极大地减少了分离元件的使用，具有极大的灵活性、扩展性和通用性，抗干扰能力强。

仿真和实验结果证明了所提出的基于DSVM电机直接转矩控制算法能够有效减小转矩脉动。

[关键词]直接转矩控制；DSVM；FPGA[中图分类号]TM343.01.2[文献标识码]A[文章编号]1000-3983(2010)02-0034-04The Application of FPGA in DTC Contr ol System Based on DSVMLOU Zhong-xing(Department of Computer,Yiwu Industrial&Commercial College,Yiwu322000,China) Abstract:Direct torque control using the pure integral voltage model for torque observation will cause the fluctuations of torque.An improved direct torque control(DTC)system based on discrete space vector modulation(DSVM)is presented.FPGA is used as the core of the system,it implements the most logic functions.The distinctive advantages of the system are flexible, expandable,stable,simple and compact.The simulation and experimental results show the feasibility of the new method.Key wor ds:direct torque control;DVSM;FPGA引言直接转矩控制技术(简称DTC)是继矢量控制之后又一高性能的交流变频调速技术[1]。

fpga在电机控制器中的应用

fpga在电机控制器中的应用FPGA在电机控制器中的应用概述：FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，被广泛应用于各种领域，包括电机控制器。

电机控制器是指用于控制电机运行的设备，通过控制电机的速度、方向和位置等参数，实现对电机的精确控制。

本文将重点介绍FPGA在电机控制器中的应用，包括其优势、具体应用案例和未来发展方向等。

一、FPGA在电机控制器中的优势1.1 高度可定制性FPGA具有可编程性的特点，可以根据不同的需求进行灵活的配置和定制。

在电机控制器中，不同类型的电机具有不同的控制要求，而FPGA可以根据具体的需求进行定制，实现最优化的电机控制算法。

1.2 高性能处理能力FPGA具有并行处理能力，能够同时处理多个任务。

在电机控制器中，需要实时响应和高效处理大量的控制信号和数据，而FPGA可以通过并行处理的方式提高系统的响应速度和计算能力。

1.3 低延迟和高精度FPGA具有低延迟和高精度的特点，在电机控制器中可以实现高速、高精度的控制。

例如，在高速电机控制中，需要实时监测电机的速度和位置，并及时调整控制参数，而FPGA可以实现微秒级的响应时间和纳秒级的精度。

二、FPGA在电机控制器中的具体应用案例2.1 无刷直流电机控制器无刷直流电机（BLDC）是一种高效、低噪音的电机，广泛应用于电动车、家电等领域。

FPGA可以实现BLDC电机的电流控制、速度控制和位置控制等功能。

通过FPGA的可编程性，可以根据具体的应用场景进行优化设计，提高电机的效率和稳定性。

2.2 步进电机控制器步进电机是一种常用的电机类型，适用于需要精确定位和运动控制的场景。

FPGA可以实现步进电机的驱动和控制，通过精确控制电机的脉冲信号和相序，实现步进电机的精确定位和运动控制。

2.3 交流电机控制器交流电机（AC）是一种常见的电机类型，广泛应用于工业自动化、家电等领域。

FPGA可以实现交流电机的矢量控制、空间矢量调制和无传感器控制等功能。

FPGA在直流电机位置控制中的应用

ＦＰＧＡ在直流电机位置控制中的应用作者：吴凡金建勋戴志坚来源：《现代电子技术》2009年第10期摘要:由于直流电机具有速度易控制,精度和效率高,能在宽范围内实现平滑调速等特点而在冶金、机械加工制造等行业中得到广泛应用。

该设计采用FPGA作为直流电机的控制器件,负责信号处理,速度快、可靠性高。

介绍直流电机进行位置控制的方法,给出位置控制模块的设计和实现,使用VHDL语言进行编程完成了FPGA对直流电机的各种控制。

关键词:位置控制;直流电机;FPGA;VHDL中图分类号:TP274文献标识码:B文章编号:1004-373X(2009)10-013-03Application of FPGA in Position Control of Direct Current MotorWU Fan,JIN Jianxun,DAI Zhijian(School of Automation Engineering,University of Electronic Science & Technology of China,Chengdu,610054,China)Abstract: Direct current motor has characters of excellent controlling performance,high precise and great efficiency,smooth timing in wide range,so it′s widely used in metallurgy,enginery and other industry.In this design,FPGA is used as control device of direct current smotor,that charge signal processing.The method of realizing position control of direct current motor by using FPGA is introduced.It describes the design and realization of block of position control of motor and uses VHDL language to program FPGA to complete all kinds of control of direct current motor.Keywords:position control;direct current motor;FPGA;VHDL在直流电机控制系统中,被控制量一般都是电机的转速,控制的目的是保持电机的转速在所需要的定值上。

基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇

基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计1本文介绍了基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计。

一、设计目标本次设计的目标是：设计一个可控制多路步进电机的系统，具备高效、可靠的控制方式，实现步进电机多通道运动控制的目标。

二、硬件选型1、主控芯片STM32本设计采用STM32作为主控芯片，STM32系列微控制器具有高性能、低功耗、高集成度、易于开发等优点，非常适合此类控制系统。

2、FPGA本设计采用FPGA作为数据处理和控制模块，FPGA具有可编程性和高速、低功耗的特点，在电机控制系统中有广泛的应用。

3、步进电机步进电机具有速度可调、定位精度高等特点，很适合一些高精度的位置控制系统。

4、电源模块电源模块负责为整个系统提供稳定的电源。

5、驱动模块驱动模块负责驱动步进电机，其控制原理为将电机的输入电流拆分为若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动。

三、系统设计1、STM32控制器设计STM32控制器是本系统的核心，其功能是读取FPGA发送的控制信号和控制步进电机的运动。

STM32控制器处理的信号主要包括方向信号、脉冲信号、微步子段等控制参数，将这些参数按照驱动模块的需求分发到各个驱动模块中，从而控制步进电机的运动。

2、FPGA模块设计FPGA模块是本系统的数据处理模块，其主要功能是接收STM32发送的指令，进行解码并且转化为步进电机的控制信号，以驱动步进电机的运动，同时FPGA模块还负责将电机的运动数据反馈回STM32，以保证整个系统的稳定运行。

3、驱动模块设计驱动模块是本系统的控制模块，其主要功能是将电机的输入电流拆分成若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动，从而实现对步进电机的控制。

四、系统流程1、系统初始化整个系统初始化主要包括STM32控制器的初始化、FPGA模块的初始化、各个驱动模块的初始化、电源模块的初始化，当系统初始化完成后，所有硬件设备均已经准备完成，可以开始正常的运行。

基于FPGA的伺服电机控制系统设计

电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering基于FPGA 的伺服电机控制系统设计孟庆仙（云南机电职业技术学院云南省昆明市 650203 ）摘要：本文介绍了一种基于FPGA 的机器人伺服电机控制系统的实现方法，由于该系统需要大量的I/O 口，所以采用了当前流行的 FPGA 作为控制芯片。

机器人控制系统主要由FPGA 和舵机组成，FPGA 接收到来自于压力传感器传递过来的动作指令信号，将其转化为能驱动舵机的PWM 波，通过改变它的占空比，来改变舵机所转的度数，并且通过地址线的选择来定位哪个舵机工作。

通过实验测试，该系统实现了仿人机器人准确控制，达到了预期目标。

关键词：机器人；FPGA;舵机伺服电机；PWM在机器人控制系统设计中，目前大多数控制系统仍然采用单片机或者ARM 等比较简单的控制器，而本文采用当前比较流行的控制器件FPGA,对于多个I/O 控制也更加灵活方便。

机器人在运动过程中的控制是由各个自由度由各种电机完成，而现在的最多的是伺服电机（舵机）。

舵机由直流电机、电机控制器、电位器和减速器等构成，整体封装在一个便于安装的外壳里的伺服单元。

能够利用简单的输入信号比较精确的转动给定角度的电机系统。

舵机安装了一个电位器（或角度传感器）检测输出轴转动角度，控制板根据电位器（或角度传感器）的信息对输岀轴的角度进行控制盒调节，形成一个闭环的控制系统。

为了降低成本，在本控制系统的设计中，驱动各关节的电机均采用舵机。

1仿人机器人控制系统组成机器人是一种多自由度的机械，传统的控制系统占用控制I/O 口较多，且实现舵机的速度调节也占用大量的CPU 时间。

系统结构如图1所示。

机器人控制系统主要由FPGA 和舵机组成，FPGA 接收到来自于压力传感器传递过来的动作指令信号，将其转化为能驱动舵机的PWM 波，通过改变它的占空比，来改变舵机所转的度数，并且通过地址线的选择来定位哪个舵机工作。

FPGA在工业控制领域中的应用

FPGA 在工业控制领域中的应用学院：工学院专业：自动化姓名：白曙睿FPGA 在工业控制领域中的应用摘要：本文主要介绍现场可编程门阵列（FPGA）技术及其在工业控制领域的贡献。

首先介绍FPGA 在各个领域的一些有意义的应用。

随后介绍相应的设计工具及装置功能。

以下两个例子说明在复杂控制应用的情况下使用FPGA 的好处：一是通过处理一个基于扩展卡尔曼滤波的无传感器电动机控制器，这种专用的设计方法使其得到进一步发展；其二是神经网络系统。

一些案例研究的结果显示研究人员对于 FPGA 在这一领域充满兴趣。

关键词现场可编程门阵列，工业控制应用程序，系统芯片，设计工具，设计方法，无传感器电机控制器，扩展卡尔曼滤波，神经网络系统Ⅰ介绍现如今，为了保证市场的生产差异，新的工业控制系统需要具备高性能，高灵活度，高可靠性。

与此同时，成本是一个关键问题。

为了解决这个问题，必须缩短上市时间，降低控制器设备的价格以及减少控制系统的能源消耗。

然而，降低成本更具有挑战性，因为新的工业控制系统必须基于日益复杂的控制算法，这就需要大量的计算资源，并且减少执行时间。

为了应对这些挑战，设计人员可以依靠越来越成熟的数字电子技术，以及友好的软件开发工具。

为了实现高效的实时工业控制，设计人员需要在两个主要的数字设备技术系列中作出选择:第一个系列是基于纯软件平台。

相关的设备是微控制器和数字信号处理控制器（DSP控制器）。

这些部件集成了一个执行微处理器的核心和实时目标控制系统来进行工业环境通信所必需的若干外设。

微控制器[1]和DSP 控制器[2]之间的不同在于，对于一个给定的硅表面，处理单元和通信以及外设之间的比例。

微控制器包括一个通用16 位或32 位的精简指令集计算机(RISC)和多种外设，而 DSP 控制器集成了一个高性能处理器内核，基于硬件加速器的计算模块(乘法和累加逻辑运算单元MAC ALU)和一些外围设备。

然而，这两个概念之间的界限正在消失，因为微控制器的RISC 单元越来越强大，外设的数量和种类越来越多。

基于FPGA的步进电机加减速控制器的设计

基于FPGA的步进电机加减速控制器的设计引言几十年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景。

由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。

此外，步进电机还广泛应用于诸如打印机、雕刻机、绘图仪、绣花机及自动化仪表等。

正因为步进电机的广泛应用，对步进电机的控制的研究也越来越多，在启动或加速时若步进脉冲变化太快，转子由于惯性而跟随不上电信号的变化，产生堵转或失步；在停止或减速时由于同样原因则可能产生超步。

为防止堵转、失步和超步，提高工作频率，要对步进电机进行升降速控制。

本文介绍一个用于自动磨边机的步进电机升降速控制器，由于考虑了通用性，它可以应用于其他场合。

从步进电机的矩频特性可知，步进电机的输出转矩随着脉冲频率的上升而下降，启动频率越高，启动转矩就越小，带动负载的能力越差，启动时会造成失步，而在停止时又会发生过冲。

要使步进电机快速的达到所要求的速度又不失步或过冲，其关键在于使加速过程中加速度所要求的转矩既能充分利用各个运行频率下步进电机所提供的转矩，又不能超过这个转矩。

因此，步进电机的运行一般要经过加速、匀速、减速三个阶段，要求加减速过程时间尽量的短，恒速时间尽量长。

特别是在要求快速响应的工作中，从起点到终点运行的时间要求最短，这就必须要求加速、减速的过程最短，而恒速时的速度最高。

而以前升速和降速大多选择按直线规律，采用这种方法时，它的脉冲频率的变化有一个恒定的加速度。

在步进电机不失步的条件下，驱动脉冲频率变化的加速度和步进电机转子的角加速度成正比。

在步进电机的转矩随脉冲频率的上升保持恒定时，直线规律的升降速才是理想的升降速曲线，而步进电机的转矩随脉冲频率的上升而下降，所以直线就不是理想的升降速曲线。

因此，按直线规律升降速这种方法虽然简单，但是它不能保证在升降速的过程中步进电机转子的角加速度的变化和它的输出力矩变化相适应，不能最大限度的发挥电机的加速性能。

基于FPGA的步进电机多轴联动控制系统

ｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｔｈｅｍｕｌｔｉ — ａｘｉｓｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｓｐｅｅｄａｄｊｕｓｔａｂｌｅｌｉｎｋａｇｅ
ｃｉｒｃｕｉｔｓｗｅｒｅｅｘｔｅｎｄ，ｂｙＦＰＧＡｓｅｎｄｐｕｌｓｅｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒ．Ｂｙｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｉｆｎｉｔｅｓｔａｔｅｍａｃｈｉｎｅ，ｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｉｎｔｅｇｒａｌｉｎｔｅｒｐｏ］ａｔｉｏｎｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｍｕｌｔｉ — ａｘｉｓｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ，ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄ
ＦＰＧＡ为控制器的多轴联动步进电机控制方案。系统采用ＥＰ２Ｃ８Ｑ２０８Ｃ８作为控制核心，采用ＴＨＢ６１２８芯片
实现细分可调的驱动电路，并扩展了相应的外围电路，系统利用ＦＰＧＡ发送脉冲控制步进电机。研究了有限状态机的方法，设计数字积分插补器，实现步进电机的多轴联动，并进行试验验证。结果表明，设计的多轴步进电机联动控制系统能够满足速度可调和联动插补控制的要求。

基于FPGA的直流电机速度控制器设计

基于FPGA 的直流电机速度控制器设计陈　桂1,万　其2(1.南京工程学院,江苏省南京市210013;2.南京电子技术研究所,江苏省南京市210013)【摘　要】　介绍了一种基于ALTERA 的FPG A (现场可编程门阵列)设计的直流电机速度控制器的设计方案及设计实现方法。

在FPG A 中实现电流和速度反馈数据的自动采集,同时设计了电流回路校正和速度回路校正模块,给出了控制器数据采集、算法实现及时序控制的实现方法。

最后介绍了速度控制器的仿真及试验结果。

该设计具有实时性强、响应速度快、集成度高、保护及时等特点。

关键词:直流电机,FPG A,速度控制中图分类号:T N99收稿日期:2005208220;修回日期:2005210220。

0　引　言随着电力电子器件和控制技术的发展,直流电机控制大多数采用P WM (脉宽调制)的方法对电机进行控制。

在这种控制方式的基础上,有两种模式:一种是采用模拟电路控制,另一种是采用高速单片机实现对电机的控制。

模拟控制的模式由于其调试繁复等固有原因,正逐渐被淘汰。

高速单片机控制全数字速度控制器正被广泛应用。

本文介绍的全数字控制的速度控制器不同于采用高速单片机控制的速度控制器,是利用FPG A (现场可编程门阵列)实现对直流电机控制。

由FPG A 完成所有的控制,具有控制保护响应快、接口设计灵活方便、特别是不会出现死机现象、控制更加可靠等特点。

1　控制器的组成控制器控制结构与普通直流电机速度控制器相似[1]。

基于FPG A 的速度控制器组成如图1所示。

图1　基于FPGA 的速度控制组成框图电机的速度反馈和电流反馈经信号调理后输入到A /D 转换器,由FPG A 控制其转换;上位机的控制输入输出直接送入FPG A;控制单元是控制器的核心部分,负责校正运算、故障检测、保护输出等功能;脉冲产生单元是产生P WM 脉冲,经驱动电路控制功率开关器件。

速度控制的设计实际上包含两个回路设计,即电流回路和速度回路设计,电流反馈和速度反馈经A /D 转换器送到FPG A 的运算单元,运算单元进行校正运算,将结果送到脉冲产生单元,控制电机的转动。

基于FPGA的无刷直流电机控制系统的研究

基于FPGA的无刷直流电机控制系统的研究摘要：我们主要针对于FPGA无刷直流电机控制系统进行重点分析，从其基本的设计方法以及内在理论进行了重点探讨，分析了现有方式存在的一些优点和缺点，相对应的分析了未来的发展空间。

同时对于FPGA无刷直流电机的一些常用技术及其迭代产品进行简要的阐述，希望能够对基于FPGA的无刷直流电机控制系统有着更加深刻的认识，能够将其更广泛的应用于具体生产当中。

关键词：FPGA应用；无刷直流电机；控制系统；前言其实对于FPGA无刷直流电机控制系统我们并不陌生，这并不是全新的技术，无非就是在现有的基础上进行更多的优化，FPGA因为其丰富的编程方式以及成熟的硬件基础得到了广泛应用，无刷直流电机效率较高，稳定性较强，也得到了广泛的应用，控制系统有多种多样的设计方法，包括各种各样的控制手段，将其进行具体的分析，便能够对控制系统进行更加深入的了解，也能够在更稳定情况下进行更加高效率的生产。

1.直流电机控制系统概述1.1直流电机的现状在分析基于FPGA的无刷直流电机控制系统的过程中，首先要对无刷直流电机做一个简单的认识，在了解无刷直流电机的过程中，要明白现阶段的无刷直流电机存在着哪些缺陷，才能有针对性的解决问题。

无刷直流电机在使用过程中要保证其稳定性，同时也要保证其快速性，在使用的过程中还要增强其抗干扰能力。

基于FPGA进行无刷直流电机的设计，能够有效的利用硬件的成熟技术，同时也能够通过计算机软件进行设计，这样就提高了灵活性，在后续的无刷直流电机应用的过程中，能够根据实际情况进行软件上的修改，以此来避免硬件上的浪费，也能够节约更多的时间投入到其他方面的设计当中。

在无刷直流电机进行控制系统使用的过程中，应当重点了解到其控制的主要对象便是无刷直流电机的转速，在对其进行控制的过程中有多种多样的方法，比较常见的是PID控制系统，PID控制的应用主要是希望其能够尽快的达到想要的速度，再通过后续的控制手段保证其进一步稳定，能够满足要求。