翻译译文-采用VHDL开发一个基于CPLD的高性能开发步进电机控制系统.docVIP

PAGE 1 采用VHDL语言开发一个基于CPLD的高性能新型开放环步进电动机控制装置 Zoonubiya Ali * and R.V Kshirsagar ** *迪沙管理及科技学院,电子及通讯工程：赖布尔（C.G.），印度 **Priyadarshini 管理学院. 建筑, 那格浦尔（质谱）, 印度 E-mail: zoonubiyakhan@yahoo.co.in 摘要 在运动控制系统中，步进电机被广泛使用，步进电机驱动器主要是使用DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）实现。集成电路产业在最近十年蓬勃发展，大量数据处理在数字系统的速度越来越快。正因为如此，SOC（片上系统）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）是比较受设计师青睐。然而，当需要大量生产时，基于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的驱动便成为首选，因为基于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的驱动可以兼容ASIC（特定用途集成电路）。以往的研究提出了基于CPLD的驱动程序，但质量仍然是有限的，因为CPLD在处理复杂的计算存在难度。如今，随着CPLD技术的改进，能在CPLD＆FPGA执行各种计算，所以它可以被用来代替电机驱动器中的DSP的设计。本文提出了一种基于开环步进驱动电动机控制装置的CPLD。此驱动程序具有执行稳定，精确控制和快速响应的特点，实验结果验证了控制性能算法。关键词：步进电机，CPLD， 开环模式。 1.引言 步进电机由永久磁铁转子和定子组成。绕定子线圈的被称为控制绕组。步进电机的旋转通过开关的ON / OFF按键控制，开关的ON / OFF通过电流控制绕组。通常情况下，控制绕组通过驱动晶体管工作。步进电机控制器产生数据序列，这个数据序列被称为在一个特定的时钟速率，可以使用开关顺序用于切换晶体管的开断，而这些晶体管用于驱动电机。该控制器可生成开关顺序变量来驱动电机变速。电机的旋转方向可以是产生反向的开关顺序逆转秩序。在这项工作中，旋转和速度控制的步进电机是通过使用CPLD（复杂可编程逻辑器件），而不是DSP和微处理器[1]来实现。非挥发性的特殊性使CPLD成为现代数字执行功能设计的首选设备，在移交之前，其他控制设备不具有这种能力[6]。 一个简单的CPLD设计流程的描述如下： 1.设计是用高层次的语言Verilog或VHDL写成，编译软件使用一个软件开发工具。 2.模拟设计功能的正确性。 3.设计是“适合”一个特定的CPLD，提供物理方面的资源，如资源利用率和时序路径。 图1所示是采用CPLD程序控制步进电机的原理框图。在这里，应用脉冲序列与旋转方向成正比，频率与施加脉冲的旋转速度成正比，施加的脉冲的数量与旋转的长度成正比。 图1 步进电机原理框图 2.步进电机的特点 步进电机是一个很好的选择，只要受控运动是必需的。 它们可以很好的在应用被用来控制旋转角度，速度，位置和同步，这些往往是必需的。 步进电机是一种机电设备，他可以把电脉冲信号转换成离散机械机芯。 当电指令脉冲施加于一定顺序的序列时，步进电机的旋转的轴或心轴以离散步骤方式增加。 A.开环运行的步进电机 在开环的系统时，步进电机的一个最显着的优点是它能够被精确地控制。开环控制是指没有反馈有关位置的信息，开环系统是必要的。这种类型的控制省去了昂贵的传感与反馈设备，例如光学编码器。这里的位置被称为简单地通过跟踪输入步进脉冲。 B.步进电机的扭矩 由步进电机所产生的转矩取决于几个因素。 1.步速。 2.绕组中的电流的驱动器。 3.驱动设计或类型。 当转子和定子的磁通方向互相偏离[5}时，产生步进电机的转矩。 C.步进模式的步进电机 以下是最常见的驱动模式。口波驱动（1阶段）口全步驱动器（2相）口半步驱动器（1＆2阶段）口微步进（电机连续变化电流）} 表1 不同驱动模式的激励序列 D.步进电机的扭矩比角特性口当步进电机在其额定通电电压下运行时，步进电机的扭矩比角特性与位移量转子和施加于转子的转矩相关联， 步进电机有一个理想的正弦转矩位移特性，如图2所示。 图2 扭矩比角位移特性 图3 在不同扭矩的角位置特性 E.步进电机的角精度口步进电机作为一个定位装置被广泛使用的原因之一是其准确性和可重复性。口通常步进电机有一个步距角3％一5％的准确度。口步进电机的错误不会一步一步累积。 步进电机的精确度主要是依靠其各部分的机械精度和装配。 图4 典型情况下的步进电机的位置精度 F.扭矩与速度特性口转矩与速度的特点关键是选择合适的电机及为一个特定应用的驱动方法。 口这些特性是依赖于（改变）电机，激励模式和类型的驱动器或驱动器的方法[4] 图5 一个典型的“速度一转矩曲线” 根据各种情况下的应用，步进