基于FPGA的步进电机控制器开题报告

全文总字数：840字

1. 研究目的与意义

步进电机可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率实现调速、快速起停、正反转控制等，由其组成的开环系统简单、可靠，因此它被广泛的运用于数控机床、自动记录仪、工业机器人、无损检测等系统中，而步进电机的性能很大程度上取决于其控制系统。基于FPGA的步进电机控制器具有I/O端口多，可自由编程定义其功能等特点，大大缩减了电路的体积、提高电路的稳定性。利用VHDL语言进行软件编程，通过EDA设计软件对程序编译、优化、综合、仿真、适配，可以对步进电机控制实现数字输入。系统外围电路设计相对简单、可靠，且鉴于FPGA和VHDL语言自身的特点，该控制器具有较好的扩展性和通用性,有较大的推广应用价值。

2. 国内外研究现状分析

步进电机最早是在1920年由英国人所开发，而步进电机细分驱动技术70年代中期发展起来的一种可以显著改善步进电机综合使用性能的驱动控制技术。1975年美国学者T.R. Fredriksen首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出了步进电机步距角细分的控制方法，在其后的二十多年里，步进电机细分驱动技术得到了很大的发展，对于精确控制步进电机的控制器的研究不断深入。

在国内，近年来对步进电机控制器的研究也不少。例如： 杭州电子科技大学的任勇以FPGA为控制核心,通过RS232串口与上位机进行通讯。上位机采用了PC机，在PC上采用LABVIEW编写控制界面,可以设置工作模式、细分数、转向、启停、升速步数、恒速步数、减速步数。利用LabVIEW的web发布工具,可通过客户端浏览器查看和操作控制界面,并可以对步进电机实现远程控制的功能。浙江财经学院信息学院的应芳琴采用FPGA 控制步进电机,利用其中的EAB 可以构成存放电机各相电流所需的控制波形数据表, 利用FPGA设计的数字比较器可以同步产生多路PWM 电流波形,并对多相步进电机进行灵活控制。当改变控制波形表的数据, 增加计数器的位数, 提高计数精度后, 就可以对步进电机的步进转角进行任意细分, 从而实现了步进转角的精确控制。南京师范大学的刘清则提出了用系数乘法器实现步进电机调速的方法。该控制器可以使步进电机驱动信号的频率高精度、平滑变化。另外，用该控制器控制步进电机转速，实现汽车车速表校验的检测系统已在重庆长安汽车公司投入使用。

3. 研究的基本内容与计划

一、研究内容

利用vhdl语言，采用fpga器件对步进电机进行软件编程，通过eda设计软件max plusⅡ对由vhdl编写的主控制电路程序进行编译。程序经编译优化、综合、仿真、适配，最后将生成的文件配置于制定的目标芯片中，实现步进机控制器的设计。

二、研究计划

4. 研究创新点

采用FPGA器件和VHDL 语言, 大大缩减了电路的体积、提高了电路的稳定性、降低了设计成本,只需修改模块程序参数, 而无须修改硬件电路就能实现各种控制。

设计出的控制器可对步进电机精确控制，可根据实际需要灵活配置，有较好的扩展性和通用性。