直流電機(jī)單閉環(huán)控制、

1、 主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容n本設(shè)計介紹了基于FPGA用PWM實現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)整的基本方法，直流電機(jī)調(diào)速的相關(guān)知識，及PWM調(diào)整的基本原理和實現(xiàn)方法。重點介紹了基于FPGA用軟件產(chǎn)生PWM信號的途徑，輸出的PWM波形具有頻率高、占空比調(diào)節(jié)步進(jìn)細(xì)的優(yōu)點。直流電機(jī)調(diào)速原理直流電機(jī)調(diào)速原理人為機(jī)械特性方程式當(dāng)分別改變電壓 、磁通量和電阻時，可以得到不同的轉(zhuǎn)速n，從而實現(xiàn)對速度的調(diào)節(jié)由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機(jī)磁飽和的限制，電動機(jī)的勵磁電流If和磁通量 只能在低于其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故只能弱磁調(diào)速。而對于調(diào)節(jié)電樞外加電阻R時，會使機(jī)械特性變軟，導(dǎo)致電機(jī)帶負(fù)載能力減弱20nadaenetnUnTnR RnKK

2、K改變電樞電壓，實現(xiàn)對直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)改變電樞電壓，實現(xiàn)對直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)硬度不隨電樞電壓的變化而改變，電機(jī)帶負(fù)載能力恒定平滑調(diào)節(jié)他勵直流電機(jī)電樞兩端電壓時，可實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速PWM基本原理基本原理PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。系統(tǒng)的外圍硬件及其與系統(tǒng)的外圍硬件及其與FPGA的接的接口電路口電路n外圍硬件包括輸入模塊，轉(zhuǎn)速采集模塊，顯示模塊以及直流電機(jī)按鍵輸入電機(jī)轉(zhuǎn)速采集電路FPGA顯示模塊直流電機(jī)驅(qū)動電路及直流電機(jī) H型控制電路型控制電路DLR-R為1，DLR-L為0，使能信號為1，則Q1，Q4導(dǎo)通；DLR-R為0，

3、DLR-L為1，使能信號為1，則Q2，Q3導(dǎo)通，電機(jī)反向；PWM波形發(fā)生器的設(shè)計及分析波形發(fā)生器的設(shè)計及分析COMPAREinstdataa9.0dataa9.0datab9.0datab9.0agbagbunsigned comparePWM的產(chǎn)生是從比較器的輸出得到的，通過改變比較器的輸入來達(dá)到輸出周期一定占空比可調(diào)的方波設(shè)計思路：dataa從0到1024步進(jìn)加1一直循環(huán)，循環(huán)的周期即為最終輸出的方波的周期。Dataa 的值從0一直加1加到1024后跳變回到0，從模擬的角度考慮問題，可以把dataa 看成是周期一定的鋸齒波。通過PID控制器計算，根據(jù)反饋的值調(diào)整datab對比較器的輸入，從

4、而達(dá)到改變輸出PWM占空比的目的測速頻率計測速頻率計當(dāng)葉扇擋住DS時，Q截止，5腳得到5v高電平，負(fù)端輸出電壓為3.8v，則IO口輸出高電平；反之，當(dāng)葉扇沒擋住DS時，接收管導(dǎo)通，5腳電壓被拉低到0.3v左右，從而輸出端IO輸出低電平；所以當(dāng)點擊轉(zhuǎn)動時，IO輸出端得到隨電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化的方波。通過FPGA內(nèi)部頻率檢測計檢測該波形可以得到此時的轉(zhuǎn)速。頻率計的設(shè)計頻率計的設(shè)計n扇葉上只有一個小孔，電機(jī)每轉(zhuǎn)過一圈產(chǎn)生一個脈沖n閘門時間為0.25秒。假設(shè)在0.25秒的閘門時間內(nèi)共檢測到 N個脈沖，則可以通過計算得出 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 F=N*4/1轉(zhuǎn)/秒消抖電路消抖電路 DENAQPRECLRDENAQP

5、RECLRdout0 xdinclkdouty 消抖電路 仿真波形 TTclkTminTclk為CLK的時鐘周期；T為干擾信號的周期；Tmin 為電機(jī)達(dá)到最大速度時檢測到波形信號的周期如果TclkTmin ,則是消抖過大，把有用的信號濾除掉數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示除法器的介紹除法器的介紹dividerinsta14.0a14.0b14.0b14.0y14.0y14.0rest14.0rest14.0對設(shè)定值和實際轉(zhuǎn)速的顯示都是經(jīng)過換算分別求得要顯示的數(shù)的十位、個位、十分位、百分位的值。然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換成為BCD碼，最終顯示在2片4位一體的共陰極數(shù)碼管上面PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器n偏差值Q=|M-N|，當(dāng)MN時o

6、ut=1；當(dāng)M570,DATA=30;當(dāng)114Q570，DATA=6；當(dāng)0Q57，DATA=1;當(dāng)Q=0時，DATA=0.比較器發(fā)生值偏差Q比較器比較器輸出out設(shè)定值m比較值data實際值n畢設(shè)結(jié)果畢設(shè)結(jié)果單閉環(huán)實現(xiàn)原理單閉環(huán)實現(xiàn)原理比較值A(chǔ)（PID控制）偏差值比較器2（PWM發(fā)生器）比較器1實際值設(shè)定值頻率計轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速值H型直流電機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)光電傳感器采集PWM開關(guān)控制器消抖電路比較值B產(chǎn)生器（PWM周期調(diào)節(jié)器按鍵5單閉環(huán)實現(xiàn)原理單閉環(huán)實現(xiàn)原理n系統(tǒng)通過FPGA內(nèi)部產(chǎn)生PWM波形輸出到H型驅(qū)動電路控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，采集電路反饋電機(jī)轉(zhuǎn)動的波形到FPGA進(jìn)行系統(tǒng)分析，形成閉還控制。n工作流程為

7、：檢測到電機(jī)工作脈沖，將其轉(zhuǎn)換為實際轉(zhuǎn)速M，實際轉(zhuǎn)速M與設(shè)定好的設(shè)定轉(zhuǎn)速N比較并且分析，得出偏差值Q，內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器對偏差Q和M，N進(jìn)行分析，輸出調(diào)節(jié)比較器2（PWM波形發(fā)生器）的比較值的信號。比較器2輸出的PWM波形接到電機(jī)開關(guān)控制器，電機(jī)控制器的輸出由輸入按鍵5控制。開關(guān)控制器開時輸出PWM波形到H型驅(qū)動電路驅(qū)動電機(jī)工作。如何實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)？如何實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)？DLR-R為1，DLR-L為0，使能信號為1，則Q1，Q4導(dǎo)通；DLR-R為0，DLR-L為1，使能信號為1，則Q2，Q3導(dǎo)通，電機(jī)反向；H型控制電路 致謝致謝n在本設(shè)計的設(shè)計和制作過程中，我得到了學(xué)校、系、老師和同學(xué)的大力幫助和支持。學(xué)校和系里的領(lǐng)導(dǎo)給我們提供了及其便利的工作環(huán)境，特別感