【正文】 ................................. 11 直流電機(jī)控制器的組成 ......................................................................... 12 Avalon 總線結(jié)構(gòu)概述 ....................................................................... 12 基于 Avalon 總線自定義外設(shè)概述 ................................................ 13 本章小結(jié) ................................................................................................. 13 第 3 章 基于 Nios II 的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................................................. 14 系統(tǒng)的的主體框架 ................................................................................. 14 控制器各部分模塊 ................................................................................. 15 Nios II 軟核構(gòu)建 ............................................................................... 15 PWM 信號(hào)產(chǎn)生模塊 ........................................................................ 19 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制電路模塊 .......................................................... 22 頻率計(jì)模塊 ...................................................................................... 22 顯示譯碼模塊 .................................................................................. 24 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 閉環(huán)控制電路 .................................................................................. 26 分頻器 .............................................................................................. 27 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ................................................................................. 28 TLP521 光耦電氣隔離 ..................................................................... 28 L298N 驅(qū)動(dòng)電路 .............................................................................. 29 工作電源 .......................................................................................... 31 直流電機(jī)閉環(huán)控制電路 ......................................................................... 31 電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集 .......................................................................... 31 電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)整理電路 .................................................................. 33 本章小結(jié) ................................................................................................. 35 第 4 章 基于 IDE 環(huán)境的軟件工程設(shè)計(jì) ......................................................... 36 控 制系統(tǒng)軟件主體構(gòu)架 ......................................................................... 36 控制軟件各工作模式 ............................................................................. 37 單速工作模式 .................................................................................. 37 分級(jí)定速工作模式 .......................................................................... 38 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工作模式 .......................................................................... 39 主要函數(shù)讀解 ......................................................................................... 40 單速工作程序 .................................................................................. 40 分級(jí)定速工作程序 .......................................................................... 40 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工作程序 .......................................................................... 41 閉環(huán)控制程序 .................................................................................. 42 系統(tǒng)異常處理程序 .......................................................................... 43 本章小結(jié) ................................................................................................. 43 結(jié)論 .................................................................................................................... 44 致謝 .................................................................................................................... 45 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 46 附錄 A ................................................................................................................ 47 附錄 B ................................................................................................................ 55 附錄 C ................................................................................................................ 63 附錄 D ................................................................................................................ 65 附錄 E ................................................................................................................ 67 附錄 F................................................................................................................. 68 附錄 G ................................................................................................................ 69 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 課題背景 隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)的發(fā)展以及永磁材料技術(shù)的進(jìn)步，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速及伺服系統(tǒng)正在向一體化電動(dòng)機(jī)以及控制數(shù)字化的方向發(fā)展。一體化電動(dòng)機(jī) 的發(fā)展方向主要體現(xiàn)于集控制及電動(dòng)機(jī)于一體的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。而脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù)以及相應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)電路技術(shù)則是控制數(shù)字化的基礎(chǔ)。 EDA（ Electronic Design Automation）技術(shù)作為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心，依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在 EDA 工具軟件平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)既定的電子線路功能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 單片機(jī)及 DSP 的性能不斷提高 ，使得 PWM 控制技術(shù)及電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)也日趨成熟。 FPGA 和 CPLD 等超大規(guī)模可編程邏輯器件的出現(xiàn)，不僅可以制作成控制器來(lái)代替單片機(jī)及 DSP，同時(shí)還能講外圍電路集成到同一個(gè)芯片當(dāng)中，大大提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。 電氣傳動(dòng)與 PWM 技術(shù)概述 電氣傳動(dòng)的發(fā)展與趨勢(shì) 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)正在向系統(tǒng)高性能、控制數(shù)字化、一體化機(jī)電的方向發(fā)展。直流傳動(dòng)系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單、調(diào)速特性好，一直是調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域中的重要組成部分 [1]?，F(xiàn)代的直流傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向是電動(dòng)機(jī)主極永磁化及換向無(wú)刷化，而無(wú)刷直流電機(jī)正是在這樣的趨勢(shì)下所發(fā)展起來(lái)的機(jī)電一體化電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。一般意義上的無(wú)刷直流電機(jī)是指方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其特征是只需簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)位置信號(hào)即可通過(guò)逆變橋驅(qū)動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)工作。 近年來(lái)，雖然永磁直流電動(dòng) 機(jī)也隨著永磁材料技術(shù)的發(fā)展而得到了性能的提高，依然在直流傳動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，但直流傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)處于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)大規(guī)模普及與應(yīng)用的階段。 永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及高性能伺服技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用功率范圍不斷擴(kuò)大。永磁同步電動(dòng)機(jī)，實(shí)際上為帶有位置傳感器的、由逆變器驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。其反電勢(shì)波形為正弦波，相應(yīng)的繞組電流也為正弦波。關(guān)于永磁同步電動(dòng)的研究主要集中于電動(dòng) 機(jī) 的新型結(jié)構(gòu)形式、氣隙磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和繞組電流的控制。其中，繞組電流的控制為大部分文獻(xiàn)研究的焦點(diǎn)。此后的研究雖然在控制手段上不斷改進(jìn)，但控制方法 沒(méi)有本質(zhì)的突破。一般實(shí)現(xiàn)電流控制的手段有模擬方法、模擬數(shù)字混合方法、全數(shù)字方法等，并在逐步向全數(shù)字控制方向發(fā)展。 高性能直流傳動(dòng)系統(tǒng)在 向 方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為主的方向發(fā)展，而方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在向電流正弦化的方向發(fā)展，而永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)也在向無(wú)位置檢測(cè)或位置檢測(cè)簡(jiǎn)易化方向發(fā)展。隨著發(fā)展，交、直流之分越來(lái)越模糊，二 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 者的發(fā)展方向相同，概念趨向一致。 如今，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)或永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集特種電動(dòng)機(jī)、變流機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件、控制軟件和硬件于一體，形成新一代的一體化電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，體現(xiàn)著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的最新成果，是機(jī)電一 體化的高科技產(chǎn)物。 PWM 技術(shù)發(fā)展概述 隨著全控型功率電子器件的發(fā)展，脈沖調(diào)制（ PWM）技術(shù)與開(kāi)關(guān)功率電路成為主流技