直流电机单闭环控制、分解

基于FPGA小型直流电机单闭环控制主要研究内容本设计介绍了基于FPGA用PWM实现直流电机调整的基本方法，直流电机调速的相关知识，及PWM调整的基本原理和实现方法。重点介绍了基于FPGA用软件产生PWM信号的途径，输出的PWM波形具有频率高、占空比调节步进细的优点。直流电机调速原理人为机械特性方程式当分别改变电压、磁通量和电阻时，可以得到不同的转速n，从而实现对速度的调节由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流If和磁通量Φ只能在低于其额定值的范围内调节，故只能弱磁调速。而对于调节电枢外加电阻R时，会使机械特性变软，导致电机带负载能力减弱20nadaenetnUnTnRRnKKK改变电枢电压，实现对直流电机速度调节硬度不随电枢电压的变化而改变，电机带负载能力恒定平滑调节他励直流电机电枢两端电压时，可实现电机的无级调速PWM基本原理PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。系统的外围硬件及其与FPGA的接口电路外围硬件包括输入模块，转速采集模块，显示模块以及直流电机按键输入电机转速采集电路FPGA显示模块直流电机驱动电路及直流电机H型控制电路DLR-R为1，DLR-L为0，使能信号为1，则Q1，Q4导通；DLR-R为0，DLR-L为1，使能信号为1，则Q2，Q3导通，电机反向；PWM波形发生器的设计及分析COMPAREinstdataa[9..0]dataa[9..0]datab[9..0]datab[9..0]agbagbunsignedcomparePWM的产生是从比较器的输出得到的，通过改变比较器的输入来达到输出周期一定占空比可调的方波设计思路：dataa从0到1024步进加1一直循环，循环的周期即为最终输出的方波的周期。Dataa的值从0一直加1加到1024后跳变回到0，从模拟的角度考虑问题，可以把dataa看成是周期一定的锯齿波。通过PID控制器计算，根据反馈的值调整datab对比较器的输入，从而达到改变输出PWM占空比的目的测速频率计QPhotoNPNDSLED1150R1Res24.7kR2Res2+5V245312UALM339AN10KR3Res2100KRPRPot4K7R4Res23.3VIO2.2uFC1CapPol12.2uFC2CapPol10.1uFC3Cap当叶扇挡住DS时，Q截止，5脚得到5v高电平，负端输出电压为3.8v，则IO口输出高电平；反之，当叶扇没挡住DS时，接收管导通，5脚电压被拉低到0.3v左右，从而输出端IO输出低电平；所以当点击转动时，IO输出端得到随电机转速变化而变化的方波。通过FPGA内部频率检测计检测该波形可以得到此时的转速。频率计的设计扇叶上只有一个小孔，电机每转过一圈产生一个脉冲闸门时间为0.25秒。假设在0.25秒的闸门时间内共检测到N个脉冲，则可以通过计算得出电机的转速F=N*4/1转/秒消抖电路DENAQPRECLRDENAQPRECLRdout~0xdinclkdouty消抖电路仿真波形TTclkTminTclk为CLK的时钟周期；T为干扰信号的周期；Tmin为电机达到最大速度时检测到波形信号的周期如果TclkT则带入了干扰信号，没有达到消抖的作用。如果TTmin,则是消抖过大，把有用的信号滤除掉数据显示除法器的介绍dividerinsta[14..0]a[14..0]b[14..0]b[14..0]y[14..0]y[14..0]rest[14..0]rest[14..0]对设定值和实际转速的显示都是经过换算分别求得要显示的数的十位、个位、十分位、百分位的值。然后经过转换成为BCD码，最终显示在2片4位一体的共阴极数码管上面PID调节器偏差值Q=|M-N|，当MN时out=1；当MN时out=0；data为步进值，根据Q的大小来调节data的值；当Q570,DATA=30;当114Q570，DATA=6；当0Q57，DATA=1;当Q=0时，DATA=0.比较器发生值偏差Q比较器设定值m比较值data实际值n毕设结果单闭环实现原理比较值A（PID控制）偏差值比较器2（PWM发生器）比较器1实际值设定值频率计转换为转速值H型直流电机驱动直流电机光电传感器采集PWM开关控制器消抖电路比较值B产生器（PWM周期调节器按键5单闭环实现原理系统通过FPGA内部产生PWM波形输出到H型驱动电路控制电机的转动，采集电路反馈电机转动的波形到FPGA进行系统分析，形成闭还控制。工作流程为：检测到电机工作脉冲，将其转换为实际转速M，实际转速M与设定好的设定转速N比较并且分析，得出偏差值Q，内部的PID调节器对偏差Q和M，N进行分析，输出调节比较器2（PWM波形发生器）的比较值的信号。比较器2输出的PWM波形接到电机开关控制器，电机控制器的输出由输入按键5控制。开关控制器开时输出PWM波形到H型驱动电路驱动电机工作。如何实现正反转？DLR-R为1，DLR-L为0，使能信号为1，则Q1，Q4导通；DLR-R为0，DLR-L为1，使能信号为1，则Q2，Q3导通，电机反向；H型控制电路致谢在本设计的设计和制作过程中，我得到了学校、系、老师和同学的大力帮助和支持。学校和系里的领导给我们提供了及其便利的工作环境，特别感谢郭老师。从设计一开始的选题到设计的实现方法一直到最后的调试，郭老师一直给我很大的帮助，在遇到问题时细心帮我分析了问题的根源，共同探讨解决的方法，才使设计得以顺利的完成。同时也感谢在座的各位老师对我所做的成果的肯定。谢谢！