本文關(guān)鍵詞： 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 細(xì)分驅(qū)動(dòng) FPGA DRV8432　出處：《西安電子科技大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著科技的發(fā)展和社會(huì)工業(yè)化的進(jìn)步,步進(jìn)電機(jī)在機(jī)械控制領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的使用。但是在常規(guī)的電機(jī)控制方式下,步進(jìn)電機(jī)會(huì)有精度過(guò)低,低頻震動(dòng)等固有缺陷,限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。為了克服步進(jìn)電機(jī)上述不足,提高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性,人們提出了步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組中電流的精確控制,使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分;采用該技術(shù)可以在不改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的條件下,大大的提高步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度并改善電機(jī)低頻震動(dòng)的特性。本文首先介紹了兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理及其數(shù)學(xué)模型,并對(duì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行了理論分析;在理論分析基礎(chǔ)上,提出了采用恒頻調(diào)寬的PWM調(diào)流技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)分的控制方案;然后,本文從硬件和軟件兩個(gè)方面詳細(xì)介紹了基于FPGA的兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);最后,通過(guò)軟硬件測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)方法的正確性。本文詳細(xì)介紹了基于FPGA的兩相式混合步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。具體的設(shè)計(jì)工作主要包括:1)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì);本設(shè)計(jì)選用Altera的EP2C8Q208C8N作為驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制處理器,TI的DRV8432作為步進(jìn)電機(jī)的功率放大器、Analog Devices的AD7874作為系統(tǒng)的A/D采樣轉(zhuǎn)換器、精密的儀表運(yùn)算放大器對(duì)采樣電阻的電壓信號(hào)進(jìn)行放大并輔以其它輔助電路完成了方案的硬件實(shí)現(xiàn)。2)增量式PID調(diào)節(jié)算法的研究與實(shí)現(xiàn);本文對(duì)增量式PID控制算法進(jìn)行研究,并使用VHDL硬件描述語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn);并在調(diào)試過(guò)程中,根據(jù)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的特性,對(duì)PID調(diào)節(jié)算法的參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。3)人機(jī)交互模塊的設(shè)計(jì);本文在FPGA上實(shí)現(xiàn)串口通信模塊,使得使用者可以通過(guò)計(jì)算機(jī)能夠?yàn)橥獠肯到y(tǒng)設(shè)置細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的參數(shù),獲取驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)。4)完成了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì),并采用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。5)對(duì)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了軟硬件聯(lián)合測(cè)試,并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,提出了部分模塊的優(yōu)化思路以及今后的工作方向。
[Abstract]:With the development of science and technology and the progress of social industrialization, stepping motor has been more and more widely used in the field of mechanical control. But in the conventional motor control mode, the step motor will have the inherent defects such as too low precision, low frequency vibration and so on. In order to overcome the shortcomings of stepping motor and improve the stability of step motor, The subdivision control technology of stepping motor is put forward, which makes the composite magnetic field in the stepping motor become a uniform circular rotating magnetic field through the accurate control of the current in the excitation winding of the step motor, and realizes the step angle subdivision of the step motor. This technique can be used without changing the torque of the motor. In this paper, the working principle and mathematical model of two-phase hybrid stepping motor are introduced, and the subdivision driving control technology is analyzed theoretically. On the basis of theoretical analysis, the control scheme of subdivision using PWM current modulation technology with constant frequency width modulation is proposed. In this paper, the design and implementation of two-phase hybrid stepping motor subdivision driver based on FPGA are introduced in detail from two aspects of hardware and software. The design and implementation of two-phase hybrid stepping motor subdivision driver based on FPGA are introduced in detail. The specific design work mainly includes: 1) subdivision drive. Hardware system design of actuator; In this design, the EP2C8Q208C8N of Altera is chosen as the control processor of the drive control system and the DRV8432 of TI is used as the power amplifier of the stepper motor and the AD7874 of Analog Devices is used as the A / D sampling converter of the system. The precision instrument operational amplifier amplifies the voltage signal of the sample resistor and accomplishes the hardware realization of the scheme by using other auxiliary circuits. 2) the incremental PID regulation algorithm is studied in this paper, and the incremental PID control algorithm is studied in this paper. In the process of debugging, according to the characteristics of the subdivision driver system, the parameters of the PID adjustment algorithm are adjusted. 3) the human-computer interaction module is designed. In this paper, the serial communication module is implemented on FPGA, which enables the user to set the parameters of the subdivision driver for the external system through the computer, and obtain the running state of the driver. 4) the software design of the subdivision control system for the stepping motor is completed. The software and hardware of step motor subdivision driver are tested by using VHDL language. The test results are analyzed. According to the experimental results, the optimization idea of some modules and the future work direction are put forward.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM383.6

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙奉先;提高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度的研究[J];儀表技術(shù)與傳感器;2000年02期

2 王恒奎,邊耐欣,陳子辰,趙文榮,尚久浩;步進(jìn)電機(jī)在電腦刺繡機(jī)中的應(yīng)用[J];機(jī)電工程;2000年05期

3 元增民;步進(jìn)電機(jī)有源抑制驅(qū)動(dòng)器分析(2)[J];微電機(jī)(伺服技術(shù));2000年02期

4 金海龍;小容量步進(jìn)電機(jī)智能驅(qū)動(dòng)器的開發(fā)研究[J];自動(dòng)化與儀表;2000年02期

5 楊欽慧;防爆步進(jìn)電機(jī)[J];微特電機(jī);2001年06期

6 ;光學(xué)調(diào)制盤用高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)[J];中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào);2001年02期

7 李國(guó)平,艾長(zhǎng)勝,王娜;智能型步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器的研究[J];濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年02期

8 陳愛(ài)國(guó),黃文玲,楊紅紅;步進(jìn)電機(jī)升降速曲線的研究[J];機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新;2003年02期

9 陳宏泉,張大鵬;淺析步進(jìn)電機(jī)的發(fā)熱與安全[J];林業(yè)勞動(dòng)安全;2004年01期

10 王宜結(jié);步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)加減速運(yùn)行的研究[J];自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用;2004年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 陳愛(ài)國(guó);黃文玲;楊紅紅;;步進(jìn)電機(jī)升降速曲線的研究[A];第11屆全國(guó)電氣自動(dòng)化電控系統(tǒng)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2002年

2 王玉琳;;步進(jìn)電機(jī)的一種分度算法[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第二屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2003年

3 董國(guó)鋼;;開環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)控制策略[A];AECC專題學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

4 吳光丹;尹燕亮;;淺談步進(jìn)電機(jī)的基本原理[A];山東水利科技論壇2007[C];2007年

5 韓春燕;姜慧研;李丹程;;微型輸注儀器步進(jìn)電機(jī)的一種新型驅(qū)動(dòng)方式[A];2008’“先進(jìn)集成技術(shù)”院士論壇暨第二屆儀表、自動(dòng)化與先進(jìn)集成技術(shù)大會(huì)論文集[C];2008年

6 楊亮;曹陽(yáng);潘能乾;羅宋平;李潔;;利用計(jì)算機(jī)并口對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制[A];綠色制造與低碳經(jīng)濟(jì)——2010年海南省機(jī)械工程學(xué)會(huì)、海南省機(jī)械工業(yè)質(zhì)量管理協(xié)會(huì)“年會(huì)”暨機(jī)械工程科技學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2010年

7 龍濤;萬(wàn)國(guó)龍;;步進(jìn)電機(jī)全閉環(huán)控制在微波輻射計(jì)中的應(yīng)用[A];全國(guó)第4屆信號(hào)和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

8 余熾業(yè);宋躍;;應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];教育部中南地區(qū)高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課教學(xué)研究會(huì)第二十屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2010年

9 胡翊;范之國(guó);魏靖敏;薛艷;;多軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第九屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

10 呂建工;;步進(jìn)電機(jī)原理及應(yīng)用[A];第二十五屆全國(guó)空間探測(cè)學(xué)術(shù)研討會(huì)摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 林宗輝;步進(jìn)電機(jī)解決方案[N];電子資訊時(shí)報(bào);2007年

2 湖南 張政軍 錢麗霞;用觸摸屏仿真步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的方法[N];電子報(bào);2011年

3 廣東 肖正光;如何判斷步進(jìn)電機(jī)的相序及首尾端[N];電子報(bào);2004年

4 河南 劉利君;步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的比較(上)[N];電子報(bào);2012年

5 成都 青化 編譯;用步進(jìn)電機(jī)做風(fēng)力發(fā)電機(jī)[N];電子報(bào);2007年

6 貴州 吳志海;室內(nèi)監(jiān)視攝像頭目標(biāo)自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[N];電子報(bào);2008年

7 南京 胡翔;步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁器HSM1524[N];電子報(bào);2005年

8 山西 劉繼位 編譯;用D類放大器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)[N];電子報(bào);2012年

9 西安思源學(xué)院 盧西瑾;用AT89C51控制3.5英寸軟驅(qū)步進(jìn)電機(jī)[N];電子報(bào);2005年

10 湖南 劉力豐;談數(shù)控驅(qū)動(dòng)與步進(jìn)電機(jī)連線不匹配故障的處理[N];電子報(bào);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 彭景春;多步進(jìn)電機(jī)的同步精確運(yùn)動(dòng)控制研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2009年

2 周艷秋;步進(jìn)電機(jī)定位控制技術(shù)的研究[D];大連交通大學(xué);2009年

3 孫立中;步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];東北石油大學(xué);2010年

4 王玉剛;中藥調(diào)劑設(shè)備中注藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];東北師范大學(xué);2015年

5 劉洋;牛仔褲生產(chǎn)線掃粉工藝機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D];五邑大學(xué);2015年

6 臺(tái)三鵬;加速器束測(cè)器的機(jī)械設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2015年

7 鄧桐彬;某伺服系統(tǒng)自適應(yīng)模糊滑�？刂蒲芯縖D];南京理工大學(xué);2015年

8 王天放;電離層光度計(jì)FPGA設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心);2015年

9 羅思揚(yáng);微電機(jī)通用驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)[D];山東大學(xué);2015年

10 劉春明;卷煙機(jī)梗簽剔除流量在線測(cè)定裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];山東大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1494114