基于fpga的二相混合式步进电机细分驱动器的设计与实现

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1、基于FPGA的二相混合式步进电机细分驱动器的设计与实现作者姓名周乐乐导师姓名、职称王泉教授一级学科计算机科学与技术二级学科计算机系统结构申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年11月学校代码10701学号1203121541分类TN82号TP33密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的二相混合式步进电机细分驱动器的设计与实现作者姓名：周乐乐一级学科：计算机科学与技术二级学科：计算机系统结构学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：王泉教授提交日期：2014年11月TheDesignandImplementationofSubdivisionTw

2、o-phaseStepperMotorDriverBasedonFPGAAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinComputerScienceandTechnologyByZhouleleSupervisor:Prof.WangquanNovember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽

3、我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或

4、部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要随着科技的发展和社会工业化的进步，步进电机在机械控制领域得到了越来越广泛的使用。但是在常规的电机控制方式下，步进电机会有精度过低，低频震动等固有缺陷，限制了其在工业领域的应用。为了克服步进电机上述不足，提高步进电机运行的稳定性，人们提出了步进电机的细分控制技术。该技术通过对步进电机励磁绕组中电流的精确控制

5、，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆型旋转磁场，实现步进电机步距角的细分；采用该技术可以在不改变电机转动力矩的条件下，大大的提高步进电机的转动精度并改善电机低频震动的特性。本文首先介绍了两相混合式步进电动机的工作原理及其数学模型，并对细分驱动控制技术进行了理论分析；在理论分析基础上，提出了采用恒频调宽的PWM调流技术实现细分的控制方案；然后，本文从硬件和软件两个方面详细介绍了基于FPGA的两相混合式步进电动机细分驱动器的设计与实现；最后，通过软硬件测试结果验证了本文设计方法的正确性。本文详细介绍了基于FPGA的两相式混合步进电机细分驱动器的设计和实现。具体

6、的设计工作主要包括：1）细分驱动器的硬件系统设计；本设计选用Altera的EP2C8Q208C8N作为驱动控制系统的控制处理器，TI的DRV8432作为步进电机的功率放大器、AnalogDevices的AD7874作为系统的A/D采样转换器、精密的仪表运算放大器对采样电阻的电压信号进行放大并辅以其它辅助电路完成了方案的硬件实现。2）增量式PID调节算法的研究与实现；本文对增量式PID控制算法进行研究，并使用VHDL硬件描述语言对其进行了设计实现；并在调试过程中，根据细分驱动器系统的特性，对PID调节算法的参数进行了调整。3）人机交互模块的设计；本文在FPG

7、A上实现串口通信模块，使得使用者可以通过计算机能够为外部系统设置细分驱动器的参数，获取驱动器的运行状态。4）完成了对步进电机的细分控制系统控制软件设计，并采用VHDL语言进行了实现。5）对步进电机细分驱动器进行了软硬件联合测试，并对测试结果进行了分析。根据实验的结果，提出了部分模块的优化思路以及今后的工作方向。关键词：两相混合式步进电动机，细分驱动，FPGA，DRV8432论文类型：应用技术研究I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandsocial

8、progressofindustrialization,thest