直流電機單閉環(huán)控制、

1、 主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容 n本設(shè)計介紹了基于FPGA用PWM實現(xiàn)直 流電機調(diào)整的基本方法，直流電機調(diào)速 的相關(guān)知識，及PWM調(diào)整的基本原理和 實現(xiàn)方法。重點介紹了基于FPGA用軟件 產(chǎn)生PWM信號的途徑，輸出的PWM波形 具有頻率高、占空比調(diào)節(jié)步進細(xì)的優(yōu)點。 直流電機調(diào)速原理直流電機調(diào)速原理 人為機械特性方程式 當(dāng)分別改變電壓 、磁通量和 電阻時，可以得到不同的轉(zhuǎn) 速n，從而實現(xiàn)對速度的調(diào)節(jié) 由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機磁飽和的限制，電動 機的勵磁電流If和磁通量 只能在低于其額定值的 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故只能弱磁調(diào)速。而對于調(diào)節(jié)電樞 外加電阻R時，會使機械特性變軟，導(dǎo)致電機帶負(fù) 載能力減弱 2 0

2、nada en etn U nTn R R n KKK 改變電樞電壓，實現(xiàn)對直流電機速度調(diào)節(jié)改變電樞電壓，實現(xiàn)對直流電機速度調(diào)節(jié) 硬度不隨電樞電壓的變化而改變，電 機帶負(fù)載能力恒定 平滑調(diào)節(jié)他勵直流電機電樞兩端電 壓時，可實現(xiàn)電機的無級調(diào)速 PWM基本原理基本原理 PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端 的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。 系統(tǒng)的外圍硬件及其與系統(tǒng)的外圍硬件及其與FPGA的接的接 口電路口電路 n外圍硬件包括輸入模塊，轉(zhuǎn)速采集模塊， 顯示模塊以及直流電機 按鍵輸入 電機轉(zhuǎn)速采集電 路 FPGA 顯示模塊 直流電機 驅(qū)動電路 及直流電 機 H型控制

3、電路型控制電路 DLR-R為1，DLR-L為0，使能信號為1，則Q1，Q4導(dǎo)通； DLR-R為0，DLR-L為1，使能信號為1，則Q2，Q3導(dǎo)通，電機反向； PWM波形發(fā)生器的設(shè)計及分析波形發(fā)生器的設(shè)計及分析 COMPARE inst dataa9.0dataa9.0 datab9.0datab9.0 agbagb unsigned compare PWM的產(chǎn)生是從比較器的輸出得到的，通過改變比 較器的輸入來達到輸出周期一定占空比可調(diào)的方波 設(shè)計思路：dataa從0到1024步進加1一直循環(huán)，循環(huán)的周期即為最終輸出 的方波的周期。Dataa 的值從0一直加1加到1024后跳變回到0，從模擬的

4、角度考慮問題，可以把dataa 看成是周期一定的鋸齒波。通過PID控制器計 算，根據(jù)反饋的值調(diào)整datab對比較器的輸入，從而達到改變輸出PWM占 空比的目的 測速頻率計測速頻率計 當(dāng)葉扇擋住DS時，Q截止，5腳得到5v高電平，負(fù)端輸出電壓為3.8v，則IO 口輸出高電平；反之，當(dāng)葉扇沒擋住DS時，接收管導(dǎo)通，5腳電壓被拉低到 0.3v左右，從而輸出端IO輸出低電平；所以當(dāng)點擊轉(zhuǎn)動時，IO輸出端得到 隨電機轉(zhuǎn)速變化而變化的方波。通過FPGA內(nèi)部頻率檢測計檢測該波形可以 得到此時的轉(zhuǎn)速。 頻率計的設(shè)計頻率計的設(shè)計 n扇葉上只有一個小孔， 電機每轉(zhuǎn)過一圈產(chǎn)生一 個脈沖 n閘門時間為0.25秒。假設(shè)

5、 在0.25秒的閘門時間內(nèi)共 檢測到 N個脈沖，則可 以通過計算得出 電機的 轉(zhuǎn)速 F=N*4/1轉(zhuǎn)/秒 消抖電路消抖電路 D ENA Q PRE CLR D ENA Q PRE CLR dout0 x din clk dout y 消抖電路 仿真波形 TTclkTmin Tclk為CLK的時鐘周期； T為干擾信號的周期； Tmin 為電機達到最大 速度時檢測到波形信 號的周期 如果TclkTmin ,則是消抖過 大，把有用的信號濾 除掉 數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示 除法器的介紹除法器的介紹 divider inst a14.0a14.0 b14.0b14.0 y14.0y14.0 rest14.0re

6、st14.0 對設(shè)定值和實際轉(zhuǎn)速的顯示都是經(jīng)過換算分別求得要顯示 的數(shù)的十位、個位、十分位、百分位的值。然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換 成為BCD碼，最終顯示在2片4位一體的共陰極數(shù)碼管上面 PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 n偏差值Q=|M-N|，當(dāng)MN時out=1；當(dāng)M570,DATA=30;當(dāng)114Q570，DATA=6；當(dāng) 0Q57，DATA=1;當(dāng)Q=0時，DATA=0. 比較器發(fā)生值 偏差Q 比較器 比較器輸出out 設(shè)定值m 比較值data 實際值n 畢設(shè)結(jié)果畢設(shè)結(jié)果 單閉環(huán)實現(xiàn)原理單閉環(huán)實現(xiàn)原理 比較值 A（PID 控制） 偏差值 比較器2 （PWM 發(fā)生器） 比較器1 實際值 設(shè)定值 頻率計 轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn) 速值

7、 H型直 流電機 驅(qū)動 直流電機 光電傳感器采集 PWM 開關(guān)控 制器 消抖電路 比較值B產(chǎn)生 器（PWM周 期調(diào)節(jié)器 按鍵5 單閉環(huán)實現(xiàn)原理單閉環(huán)實現(xiàn)原理 n系統(tǒng)通過FPGA內(nèi)部產(chǎn)生PWM波形輸出到H型驅(qū)動電路 控制電機的轉(zhuǎn)動，采集電路反饋電機轉(zhuǎn)動的波形到 FPGA進行系統(tǒng)分析，形成閉還控制。 n工作流程為：檢測到電機工作脈沖，將其轉(zhuǎn)換為實際 轉(zhuǎn)速M，實際轉(zhuǎn)速M與設(shè)定好的設(shè)定轉(zhuǎn)速N比較并且分 析，得出偏差值Q，內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器對偏差Q和M，N 進行分析，輸出調(diào)節(jié)比較器2（PWM波形發(fā)生器）的 比較值的信號。比較器2輸出的PWM波形接到電機開 關(guān)控制器，電機控制器的輸出由輸入按鍵5控制。開關(guān) 控制器開時輸出PWM波形到H型驅(qū)動電路驅(qū)動電機工 作。 如何實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)？如何實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)？ DLR-R為1，DLR-L為0，使能信號為1，則Q1，Q4導(dǎo)通； DLR-R為0，DLR-L為1，使能信號為1，則Q2，Q3導(dǎo)通，電機反向； H型控制電路 致謝致謝 n在本設(shè)計的設(shè)計和制作過程中，我得到了學(xué)校、 系、老師和同學(xué)的大力幫助和支持。學(xué)校和系 里的領(lǐng)導(dǎo)給我們提供了及其便利的工作環(huán)境，