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基于FPGA的两相混合式步进电动机驱动控制系统的设计

作　者: 杨天鹏
导　师: 谭兴
学　校: 贵州大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 两相混合式步进电动机现场可编程门阵列 VHDL硬件描述语言细分驱动
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文来源于航天林泉有限公司某雷达天线驱动控制系统的研究。该系统采用绕组电流细分控制技术,使得该系统在高速跟踪、低速扫描过程中步进电机细分切换自适应,速度不突变,系统运行稳定。论文以两相混合式步进电动机为研究对象,分析了两相混合式步进电动机的结构和工作原理,重点研究了步进电动机的驱动控制技术。基于雷达天线要求具有高速跟踪、低速扫描的特点,本文在传统的细分控制技术基础上,提出了自适应细分步进电机控制方法。该控制方法能使步进电机低频振荡和噪声有所减轻、高频不失步。在此基础上,阐述了FPGA的设计原理以及所涉及到的相关芯片,然后对系统设计中所用的硬件描述语言VHDL及Quartus ii 6.0仿真软件等方面的知识进行了详细地介绍,这些为系统的具体设计提供了理论基础。该控制系统以Altera公司Cyclone系列芯片为控制核心,选用具有7位分辨率的L6217A步进电动机微步距驱动芯片,以及L6203 DMOS全桥驱动器等构成驱动电路。论文从系统设计方案、硬件电路、控制软件设计方面进行了详细地论述,并且完成了系统PCB板的制作及VHDL语言程序的编写与仿真。在器件选型和软、硬件设计方面兼顾了性能与成本等因素,性价比较高且通用性强。该驱动控制系统已完成制作并进行了联合调试,测试结果表明该驱动控制系统达到了系统设计前所提出的各项设计指标,系统运行安全、可靠、稳定。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-11
  1.1 步进电动机驱动技术在国内外研究的现状  7-8
  1.2 本课题的研究背景和意义  8-9
    1.2.1 课题的研究背景  8-9
    1.2.2 课题的研究意义  9
  1.3 该课题的设计方案  9
  1.4 研究的主要任务  9-11
第二章步进电动机概述  11-29
  2.1 步进电动机及其发展  11
  2.2 步进电动机特点及应用  11-12
  2.3 步进电动机相关参数  12-15
  2.4 步进电动机的类型  15-16
  2.5 步进电动机的基本结构和工作原理  16-21
    2.5.1 两相混合式步进电动机基本结构  16-18
    2.5.2 两相混合式步进电动机工作原理  18
    2.5.3 混合式步进电动机动态方程  18-21
  2.6 步进电动机的驱动  21-29
    2.6.1 步进电动机驱动器  21-22
    2.6.2 步进电动机驱动器的特点  22-23
    2.6.3 步进电动机驱动的分类  23-25
    2.6.4 细分驱动  25-29
第三章 FPGA及VHDL语言  29-47
  3.1 数字系统现场集成技术  29-39
    3.1.1 工艺集成技术  29-31
    3.1.2 现场集成技术  31-39
  3.2 本课题所用芯片——Altera公司的FPGA  39-42
  3.3 本课题所用编程语言VHDL的设计方法  42-45
    3.3.1 VHDL设计技术原理  42-44
    3.3.2 VHDL设计综合过程  44-45
  3.4 仿真软件—Quartus ii6.0  45-47
第四章系统设计与实现  47-65
  4.1 系统设计方案  47
  4.2 系统硬件设计与实现  47-55
    4.2.1 原理图的设计  47-54
    4.2.2 PCB板的设计  54-55
  4.3 VHDL设计及FPGA的实现  55-65
第五章系统实验与调试  65-69
  5.1 系统实验调试过程  65
  5.2 实验结果及分析  65-69
    5.2.1 实验数据及分析  65-66
    5.2.2 实验电流波形  66-69
第六章总结  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录1  75
附录2 总体程序部分  75-82

基于FPGA的两相混合式步进电动机驱动控制系统的设计

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