基于 FPGA 的步进电机正弦波细分驱动器设计
(哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,哈尔滨 150001) 作者:李宁 指导教师:杨春玲
docsou.comsign of Stepper Motor Sine-Wave docsou.comntroller Base on FPGA
(docsou.comstitute of docsou.comology, docsou.com 150001)
docsou.comT: docsou.comsign, used FPGA (field docsou.commable gate arrays) of Altera's Cyclone docsou.comries, has docsou.comzed a sine-wave docsou.comn-docsou.comntrol system for stepper motor, which is verified docsou.complemented on one chip FPGA. docsou.comdocsou.comdocsou.com the current-docsou.comk SPWM principle, the PI docsou.comg docsou.comique, the System On a docsou.commable Chip (SOPC) docsou.comology as well as docsou.comsign docsou.comology. docsou.comntrol system for stepper motor docsou.comdocsou.com Nios II docsou.comsor and logic module on one chip. The problem of high-docsou.comn docsou.comg angle is solved effectively. docsou.commber of docsou.comn can reach 4096, and docsou.com docsou.comically docsou.comted. docsou.comental docsou.comdocsou.come that docsou.comntrol system docsou.comprove docsou.comntrol docsou.comn of stepper motor and make it runs more smoothly. KEY WORDS: docsou.comg docsou.comntroller;docsou.comn;FPGA 摘 要:本设计应用 docsou.com的 Cyclone II 系列的 FPGA(现场可编程门阵列)实现了对步进电机正弦波可变细分控
制,并在 FPGA 中进行了具体验证和实现.该方案综合运用了电流跟踪型 SPWM 技术,PI 调节,片上可编程系统 SOPC 技术,EDA 技术等.步进电机控制系统用 FPGA 实现了 Nios II 软核处理器与硬件逻辑电路集于一体,发挥了处理器的灵 活性和数字逻辑电路高速性,有效地解决了步距角的高细分问题,细分数最高达 4096,而且细分数可自动调节.实验表 明高细分大大提高了步进电机的控制精度,降低了电机运行噪声消除了低频振荡. 关键词: 步进电机驱动器;Nios II;细分;FPGA
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引言
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移(或线位移)的机电元件,具有结构简单坚固耐
用工作可靠的优点因此广泛应用于工业控制领域.由于脉冲的不连续性又使步进电机运行存在许多不足 之处,如低频振荡,噪声大,分辨率不高及驱动系统可靠性差等,严重制约了其应用范围.步进电机的 细分控制有效地解决了这一问题, 但是传统的步进电机驱动系统大多数采用的是用单片机作为控制芯片, 外加分立的数字逻辑电路和模拟电路构成.受单片机工作频率的限制,细分数不是很高,因此驱动器的 控制精度较低,控制性能不是很理想.随着高性能数字信号处理器 DSP 的出现,以 DSP 为控制核心, 以软件方式实现电机控制一度成为研究的热点.近年来随着可编程逻辑器件的飞速发展,使得可编程逻 辑器件功能越来越强大从而促使高集成化高精度驱动器的出现.因此本文提出了一种基于 SOPC 片上可 编程的全数字化步进电机控制系统,本系统是以 FPGA 为核心控制器件,将驱动逻辑功能模块和控制器 成功地集成在 FPGA 上实现,充分发挥了硬件逻辑电路对数字信号高速的并行处理能力,可以使步进电 机绕组电流细分达到 4096,且细分数可以自动调节,极大地提高了控制精度和驱动器的集成度,减小了 驱动器体积.

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