基于FPGA的无位置无刷直流电机控制系统设计的中期报告.docxVIP

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基于FPGA的无位置无刷直流电机控制系统设计的中期报告

1.概述

本次设计的目的是基于FPGA实现无位置无刷直流电机的控制,实现电机的速度和位置控制。本篇报告是中期进展的汇报,主要包括设计细节和实现问题的解决。

2.系统设计

本系统由两部分组成:FPGA主板和电机控制板。FPGA主板负责对于信号处理和逻辑控制,电机控制板则负责控制电机的转动和驱动。

2.1FPGA主板设计

在FPGA主板的设计中,我们采用了DE10-Standard开发板。该板子基于Cyclone?VSoC芯片,拥有HDMI输出、串口、以太网口等接口,配合QuartusII软件完成开发工作,设计开发流程如下。

-确定引脚分配:我们根据需要使用到的各个接口,以及相应的信号逻辑,确定每个信号需要连接到FPGA芯片的哪个引脚上。

-编写Verilog代码:根据设计需求,编写Verilog代码,实现输入和输出接口的功能。

-进行仿真:使用ModelSim软件对Verilog代码进行仿真测试,调试代码和逻辑错误。

-下载程序:将编写好的程序下载到FPGA芯片中,进行调试和测试。

2.2电机控制板设计

电机控制板需要支持一个无位置无刷直流电机的转动和驱动,其包括了电机封装、功率放大器、响应电路等电路设计。

在设计时,我们采用了TI的TB6612FNG驱动芯片,可以实现PWM控制电机和反向输出,特别适用于需要控制电机运动方向的应用。电机控制板的设计流程如下。

-确定电机型号:根据需要控制的电机选择合适的型号,考虑电机功率、工作电压、电流、转速等因素。

-设计驱动电路:选用适当的器件和电路设计,搭建电机驱动电路,实现包括PWM控制和电机反向输出在内的功能。

-添加滤波电路:由于电机运转会产生电磁干扰,需要设计滤波电路,减少噪声对系统带来的干扰。

-调试和测试:对于搭建好的电路进行电气测试和功能测试,调整相关参数,确保电机能够正常受到控制和转动。

3.实现问题与解决方案

在开发的过程中,我们遇到了一些问题,这里列举了其中的一些问题及解决方案。

3.1电源问题

在电机驱动中,需要使用到高功率的电源,以便为电机提供足够的能量,但是在搭建电路时,我们受限于资源和材料的限制,无法获得足够的高功率电源。

我们采用了两种方式解决这个问题。第一,我们选用功率较小的电机,以减少所需电源功率。第二,我们使用金属散热片,将电源电压调低,以减少能量损失和发热,同时维持电路和电机的正常工作状态。

3.2FPGA调试问题

在FPGA芯片的编程和调试过程中,有时会出现硬件和软件不同时运作的问题。这种问题可能导致系统性能下降,甚至出现致命错误。

为了解决这个问题,我们采用了调试技术。在调试期间,我们使用各种测试工具,例如LogicAnalyzer、SignalGenerator、Oscilloscope等,检查系统内部和外部信号的状态。同时,我们也使用应用程序或代码段进行多次测试,以确认系统的正确性和稳定性。

4.未来工作

目前,我们已经完成了电路设计和系统搭建。下一步,我们将进行系统整合和测试,以确保系统的兼容性和稳定性。

具体地,我们需要完成以下工作:集成电机控制板和FPGA主板,编写详细的测试计划和方法,进行软件和硬件联合测试,对系统进行优化和改进。

总之,我们认为这个项目的完成将会有很大的意义,它可以为无位置无刷直流电机的控制提供一种新的解决方案,并可以应用于实际生产中。

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