直流電機控制設(shè)計

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1、河南科技大學(xué)課程設(shè)計說明書課程名稱現(xiàn)代電子系統(tǒng)課程設(shè)計題目直流電機控制設(shè)計學(xué)院電子信息工程學(xué)院班級電子信息科學(xué)與技術(shù)062班學(xué)生姓名****指導(dǎo)教師齊晶晶，張雷鳴日期＿＿＿2010年1月10號＿＿＿＿1摘要使用直流電源的電機叫做直流電機。只要把直流電機的端子接到直流電源上就可以簡單使其運轉(zhuǎn)。直流電機是一種具有優(yōu)良控制特性的電機。因此，在角位移控制和速度控制的伺服系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。為了調(diào)整直流電機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩，可以采用改變電樞直流電壓的方法來實現(xiàn)，主要的控制方法有線性控制方式和PWM（脈寬調(diào)制）控制方式。一般小功率電機平滑轉(zhuǎn)速控制常采用線性控制方式，而大功率電機高效控制時，

2、則常使用PWM控制方式。本文介紹的是利用FPGA實現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制信號的產(chǎn)生和相應(yīng)的用數(shù)字電路的方法實現(xiàn)的換檔、正反向控制等。直流電機的轉(zhuǎn)動速度調(diào)節(jié)則歸結(jié)于對驅(qū)動脈寬的占空比的調(diào)節(jié)上，通過調(diào)節(jié)占空比而改變單位時間內(nèi)直流電機的通電時間長短，即改變了電機的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)動方向可用功率放大電路和H橋組成的正反向功率驅(qū)動電路來實現(xiàn)直流電機控制電路主要由五部分組成：lPWM脈寬調(diào)制信號產(chǎn)生電路：主要功能是產(chǎn)生pwm信號，并控制轉(zhuǎn)速。lFPGA中正/反轉(zhuǎn)方向控制：用2選1數(shù)據(jù)選擇器控制電機的pwm信號的輸入端，從而實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。l由功率放大電路和H橋組成的正反轉(zhuǎn)功率驅(qū)動電路：l分頻和去抖電路模塊：通

3、過兩個維持阻塞D觸發(fā)器實現(xiàn)消抖。l測量轉(zhuǎn)速模塊：通過紅外線測量電機每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。關(guān)鍵詞：速度調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)方向控制、去抖動電路、數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速、PWM、占空比、FPGA-16-第-16-頁共18頁一.任務(wù)解析…………………………………………………………………2二.系統(tǒng)方案論證……………………………………………………………22.1總體方案與比較論證………………………………………………32.2系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)……………………………………………………3三.電機正反轉(zhuǎn)模塊設(shè)計…………………………………………..…………43.1設(shè)計方案論證……………………………………………………

4、…..43.2方案的實現(xiàn)…………………………………………………………..4四．PWM脈寬信號產(chǎn)生模塊設(shè)計…………………………………………54.1鋸齒波的產(chǎn)生………………………………………………………..54.2參考電壓選擇電路…………………………………………………..64.3通過比較器產(chǎn)生PWM波形…………………………………………..74.4PWM波形發(fā)生器的搭接及仿真……………………………………..8五.實際轉(zhuǎn)速測量模塊………………………………………………………95.1設(shè)計方案及實現(xiàn)…………………………………………………….9六.總結(jié)……………………………………………………..

5、……………….16七.參考文獻：………………………………………………….………….16-16-第-16-頁共18頁一．任務(wù)解析利用PWM控制技術(shù)實現(xiàn)直流電機的速度控制。（1）速度調(diào)節(jié)：4檔，直流電機的速度是靠調(diào)節(jié)PWM信號的占空比來調(diào)節(jié)的，建一個PWM模塊來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。（2）電機的旋轉(zhuǎn)方向控制：電機的旋轉(zhuǎn)方向可以用二選一數(shù)據(jù)選擇器來控制正反轉(zhuǎn)。（3）通過紅外光電電路測得電機的轉(zhuǎn)速，設(shè)計頻率計用4位10進制顯示電機的轉(zhuǎn)速。PWM模塊22MUX頻率計去抖電路電機速度控制模塊1HZGND電機方向控制電機轉(zhuǎn)速脈沖信號參考頻率PWM參考頻率電機轉(zhuǎn)速顯示電機轉(zhuǎn)速預(yù)置1HZ1HZ檔位直流電

6、機控制原理框圖二．系統(tǒng)方案論證-16-第-16-頁共18頁2.1總體方案與比較論證方案一：采用單片機產(chǎn)生pwm波形進而實現(xiàn)電路控制如果采用CPU控制產(chǎn)生PWM信號，一般的PWM信號是通過模擬比較器產(chǎn)生的，比較器的一端接給定的參考電壓，另一端接周期性線性增加的鋸齒波電壓。當鋸齒波電壓小于參考電壓時輸出低電平，當鋸齒波電壓大于參考電壓時輸出高電平。改變參考電壓就可以改變PWM波形中高電平的寬度。若用單片機產(chǎn)生PWM波形，需要通過D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生鋸齒波電壓和設(shè)置參考電壓，通過外接模擬比較器輸出PWM波形，因此外圍電路比較復(fù)雜。方案二：采用FPGA和數(shù)字電路控制FPGA中的PWM控制與一

7、般的模擬PWM控制不同。用FPGA產(chǎn)生PWM波形，只要FPGA內(nèi)部資源就可以實現(xiàn)。用數(shù)字比較器代替模擬比較器，數(shù)字比較器的一端接設(shè)定值計數(shù)器輸出，另一端接線性遞增計數(shù)器輸出。與模擬控制相比，省去了外接的D/A轉(zhuǎn)換器和模擬比較器，F(xiàn)PGA外部連線很少、電路更加簡單、便于控制。脈寬調(diào)制式細分驅(qū)動電路的關(guān)鍵式脈寬調(diào)制，轉(zhuǎn)速的波動隨著PWM脈寬細分的增大而減小。我們最終選擇第二種，用FPGA實現(xiàn)PWM控制，無需外接D/A轉(zhuǎn)換器，使外圍控制電路大大簡化，控制方式簡潔?？刂凭雀?，控制效果好