基于FPGA的智能电动执行器设计

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1、工程硕士学位论文基于FPGA的智能电动执行器设计陈志鹏哈尔滨理工大学2015年3月国内图书分类号：TP273工程硕士学位论文基于FPGA的智能电动执行器设计硕士研究生：陈志鹏导师：韩剑辉申请学位级别：工程硕士学科、专业：软件工程：所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TP273DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDesignofIntelligentElectricActuatorBasedonFPGACandidate：ChenZhipe

2、ngSupervisor：HanJianhuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：SoftwareEngineeringDateofOralExamination：March,2015University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于FPGA的智能电动执行器设计》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已

3、注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于FPGA的智能电动执行器设计》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文

4、，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密，在年解密后适用授权书。不保密√。(请在以上相应方框内打√)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日哈尔滨理工大学工程硕士学位论文基于FPGA的智能电动执行器设计摘要电动执行器是现代工业自动调节过程的必要组成部分，起到对阀门进行控制和调节的作用。随着我国工业化的发展，对执行器的精度及响应速度提出了更高的要求。传统单片机实现的电动执行器，已经很难满足对精度的要求。为此，本文将FPGA技术与变频技术相结合，提出了一种基于FPGA系统的解决方案。可以使执行器核心控制部分更加合理，可靠性、控制速度以及控制方式都可以得到

5、改善。本文完成了智能电动执行器主要电控模块部分以及执行器的外围电路的硬件设计，包括驱动电路和检测电路的硬件部分设计。采用Altera公司的FPGA芯片作为控制系统的核心。运用IP复用的技术在单片FPGA上嵌入处理器软核NiosII和以Avalon总线互连的片上外设。实现了多个IP核构成的SOPC系统。其中自定义IP核的设计是重点，充分利用FPGA并行处理的特点，采用硬件描述语言VerilogHDL生成了各个模块，完成了包括基于数字比较器设计的SPWM模块，以及基于离线计算在线查找的方式实现的模糊PID算法模块的设计。详细介绍了基于SOPC系统的软件设计。软件部分在

6、NiosIIIDE环境下采用C语言进行模块化编程，主要由电机控制部分、控制系统保护和人机接口等部分组成。实现了对执行器速度控制、位置控制、柔性启停以及紧急情况下的保护功能。通过仿真工具对设计的自定义模块分别进行了仿真分析。仿真结果表明采用FPGA实现的控制算法可以满足高速控制的要求，并能增加系统鲁棒性，在工业控制中有一定应用价值。通过Altera公司的DE2开发板对系统进行了验证，结果表明该智能执行器在控制精度、控制性能以及稳定性方面都达到了系统要求，符合企业的技术要求和性能指标。关键词智能执行器；SPWM技术；模糊PID控制；现场可编程门阵列I哈尔滨理工大学工程

7、硕士学位论文DesignofIntelligentElectricActuatorBasedonFPGAAbstractElectricactuatorisanecessarypartofthemodernindustrialautomaticadjustmentprocess,whichplaysaroleofthevalvetocontrolandadjust.WiththedevelopmentofChina’sindustrialization,higherrequirementsontheaccuracyandresponsespeedoftheactu

8、atori