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基于Nios Ⅱ的步进电机细分控制系统设计与研究

作　者: 安立宇
导　师: 赵曙光
学　校: 东华大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 步进电动机 SOPC Nios II 细分驱动
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 254次
引　用: 2次
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内容摘要


步进电动机作为机电一体化的关键部件,在生产和生活中广泛应用。近年来,电子技术、计算机技术和电力电子技术的快速发展,推动了步进电动机控制技术的发展。本文从步进电动机控制的实际需求出发,结合步进电动机控制系统的现状,运用System On Programable Chip(SOPC)技术对步进电动机控制系统的实现方案和相关技术进行了研究。文章阐述了步进电动机控制的相关技术及其研究现状,以混合式步进电动机为控制对象,分析了步进电动机的工作原理及其驱动方式。分析研究了步进电动机控制系统的基本需求和功能,在此基础上,提出了一种基于SOPC技术和NiosⅡ软核处理器的步进电动机控制系统设计方案,并利用相关的开发工具,完成了步进电动机控制系统中NiosⅡ处理器系统的软、硬件设计。在此基础上,应用步进电动机细分驱动的原理,设计了基于NiosⅡ的步进电动机细分控制系统,使用Verilog HDL设计了该系统的所有模块并在QuartusⅡ中完成了该系统的构建,并且设计了电动机驱动电路。该设计以基于NiosⅡ的SOPC技术为核心,构建了步进电动机控制系统的软、硬件系统,既充分发挥FPGA设计的灵活性,又显著缩短了开发周期。然后,基于硬件抽象层系统库(HAL)规范,探讨了NiosⅡ的软件平台的构建技术和方法,并给出了控制系统的主程序、电动机运行程序和按键监控程序的设计,构建了步进电动机细分控制系统的软件平台。仿真实验结果表明,本文设计的基于NiosⅡ的步进电动机细分控制系统基本达到了预期功能。综上所述,本文主要研究了FPGA嵌入NiosⅡ软核的步进电机控制系统的实现技术,对于SOPC技术应用和步进电机控制等具有一定的借鉴意义和参考价值。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 课题研究的背景  12-14
  1.2 步进电动机概述  14-15
  1.3 Nios Ⅱ嵌入式系统组成  15-19
    1.3.1 嵌入式系统简介  15-18
    1.3.2 NiosⅡ处理器系统  18-19
  1.4 研究的主要内容  19-20
  1.5 本文的主要工作和内容安排  20-21
第二章 步进电动机驱动控制系统  21-35
  2.1 引言  21
  2.2 混合式步进电动机的结构和工作原理  21-24
    2.2.1 两相混合式步进电动机的结构  21-22
    2.2.2 两相混合式步进电动机的工作原理  22
    2.2.3 两相步进电动机的绕组通电方式  22-24
  2.3 步进电动机的驱动系统  24-32
    2.3.1 单电压驱动  24-25
    2.3.2 双电压驱动  25-27
    2.3.3 斩波驱动  27
    2.3.4 细分驱动  27-32
  2.4 步进电机开环控制系统  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章 步进电动机控制器设计  35-62
  3.1 引言  35
  3.2 控制器的硬件平台构建  35-46
    3.2.1 SOPC硬件设计流程  35-36
    3.2.2 SOPC硬件开发工具  36-37
    3.2.3 步进电动机控制器硬件系统  37-46
  3.3 控制器的软件设计  46-59
    3.3.1 Nios Ⅱ IDE集成开发环境  47
    3.3.2 Nios Ⅱ处理器软件架构  47-50
    3.3.3 控制器的软件结构  50-59
  3.4 试验结果与分析  59-61
  3.5 本章小结  61-62
第四章 步进电动机细分控制系统设计  62-79
  4.1 引言  62
  4.2 步进电动机细分控制器总体设计  62-64
  4.3 步进电动机细分控制器的硬件平台构建  64-75
    4.3.1 Nios Ⅱ处理器软核  64-66
    4.3.2 细分等级设定模块设计  66-67
    4.3.3 ROM(Read-Only Memory)模块设计  67-68
    4.3.4 D/A转换模块  68-69
    4.3.5 PWM控制器电路设计  69-73
    4.3.6 H桥模块  73-75
  4.4 细分控制器软件设计  75-76
  4.5 试验结果与分析  76-78
  4.6 本章小结  78-79
第五章 结论  79-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
攻读硕士期间参加的项目和发表的论文  85

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 微电机 > 控制用微电机 > 步进式微电机
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