毕业设计--基于FPGA 的步进电机控制

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1、重庆理工大学毕业论文文献综述基于FPGA的步进电机控制.李显伟摘要：目前，电机在控制系统中的应用越来越广泛，由此凸现了电机控制的重要性。本文简单介绍了步进电机背景、现状以及未来的发展趋势，以及步进电机的各种控制方法及细分控制原理。通过分析步进电机控制的相关控制方法并以此为基础对本次设计有一个总体的规划，同时分析本次设计的重点以及难点，找出解决方法，最终得到整体的设计模块流程，完成本次设计。关键字：步进电机FPGAVHDL细分一、选题现状及发展上个世纪就出现了步进电机，最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机

2、上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。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【1】。上世纪80年代，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电机

3、的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量的元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定得重新设计电路。计算机通过软件来控制步进电机，更好的挖掘出电动机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。步进电机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，适合应用于各种开环控制。今日，步进电机已广泛的运用在需要高定位精度、高分解能、高响

4、应性等灵活控制性高的机械系统中了。二、步进电机控制原理8重庆理工大学毕业论文文献综述步进电机已成为出直流电机和交流电机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生活和生产进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入电气化时代的今天，传统电动机已不能满足工业自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。发展了一系列新的具有控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的就是步进电机[2]。步进电机它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

5、决定。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。其基本作用原理如下：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，

6、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【3】。三、步进电机控制方法步进电机的控制方法，不是只有利用FPGA对其进行控制这一种方法，最基本的是通过电子电路对电机进行控制。除此之外，还可以通过单片机或者是PLC也可以对电机达到精确控制。3、1电子电路控制法电子电路控制方法主要是因为步进电机受电脉冲信号控制，电脉冲信号的产生、分配、放大全靠电子元器件的动作来实现。由于脉冲控制信号的驱动能力一般都很弱，因此必须有功率放大驱动电路。步进电机与控制电路、功率放大驱动电路组成一体，

7、构成步进电机驱动系统。这种控制电路设计简单，功能强大，可以实现电机的细分任务。此种方案即可为开环控制，也可闭环控制。开环时，其平稳性好，成本低，设计简单，但未能实现高精度细分。采用闭环控制，即能实现高精度细分，实现无级调速。闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当的处理，自动给出脉冲链，使步进电机每一步响应控制信号的命令，从而只要控制策略正确电机不可能轻易失步。但是缺点就在于，该控制方法的功能相对较单一，灵活性不高8重庆理工大学毕业论文文献综述【4】。3、2PLC控制法PLC也叫可编程控制器，是一种工业上用的计算机。PL

8、C作为新一代的工业控制器，由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学和可靠性高等优点而广泛应用于各行业的自动控制系统中。步进