利用pwm控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的速度控制(已修改)
2025-08-04 20:37 本頁面
【正文】 1 摘要 隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，直流電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及日常生活中起著越來越重要的作用，因此，對直流電機(jī)的研究有著積極的意義。長期以來，直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)中，而且一直在調(diào)速領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，這主要是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)不僅僅調(diào)速方便，而且在磁場一定條件下，轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比。并且由于直流電機(jī)具有優(yōu)良的起動、制動性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速。 在本文中，我們設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)。利用 FPGA 可編程芯片實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)PWM 控制器的設(shè)計(jì)，對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。用 VHDL 語言編程實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 控制器的 PWM 產(chǎn)生模塊、轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)模塊等功能。 主要分為如下模塊： PWM 模塊：設(shè)定計(jì)數(shù)器設(shè)置 PWM 信號的占空比，以此來驅(qū)動。 正反轉(zhuǎn)控制模塊：控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。 去抖動模塊：實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確測量，主要用來消除直流電機(jī)的抖動，能夠便于觀察。 顯示模塊：該模塊主要用來顯示直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速及檔位。 關(guān)鍵詞： 直流電機(jī)、 PWM、控制、速度、 FPGA 2 目錄 一 . 任務(wù)解析 ……………………………………………………… ...……… 3 二 . 系統(tǒng)方案論證 ………………………………………………… ...……… 3 總體方案與比較論證 系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu) 三． PWM 模塊 ……………………………………………………… ...…… 5 方案的設(shè)計(jì) 方案的實(shí)現(xiàn) 方案的仿真 四 . 正反轉(zhuǎn)模塊設(shè)計(jì) ………………………………………… .…… ..……… 7 方案的設(shè)計(jì) 方案的實(shí)現(xiàn) 方案的仿真 五．去抖動模塊 ………………………………………………… .…… .........8 方案的設(shè)計(jì) 方案的實(shí)現(xiàn) 方案的仿真 六 . 顯示模塊 ……………………… ....……………………… ....………… .9 方案的設(shè)計(jì) 方案的實(shí)現(xiàn) 方案的仿真 七 . 總結(jié) ........................................................................................................10 功能驗(yàn)證 性能測試 誤差分析 整體仿真 心得體會 八．參考文獻(xiàn) ………………………………………………… .…… .… .… .12 九．附錄 ………………………………………………………………… ....12 3 一．任務(wù)解析 利用 PWM 控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的速度控制。 （ 1）基本要求： a．速度調(diào)節(jié)： 4 檔，數(shù)字顯示其檔位。 b．能控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 c．通過紅外光電電路測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)頻率計(jì)用 4 位 10 進(jìn)制顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （ 2）發(fā)揮部分 a．設(shè)計(jì)“去抖動”電路，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確測量。 b．修改設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的閉環(huán)控制，旋轉(zhuǎn)速度可設(shè)置。 課程設(shè)計(jì)要求我們利用 PWM控制技術(shù)以及 VHDL語言編寫代碼來實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的控制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們要對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、速度調(diào)節(jié)、測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速并用 4位 10進(jìn)制顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及設(shè)計(jì)去抖動電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確測量以及實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的閉環(huán)控制等。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們可以通過 FPGA產(chǎn)生 PWM波形，其中，數(shù)字比較器的一端接設(shè)定值計(jì)數(shù)器的輸出，另一端接鋸齒波發(fā)生器輸出。那么數(shù)字比較 器的輸出端即是 PWM波形。我們將輸出的 PWM波通過接入正反轉(zhuǎn)控制來控制電機(jī)是否開始工作。 另外，我們采用兩個(gè) 二 選 一 選擇器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。并將電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號通過去抖電路送入頻率計(jì)，并在數(shù)碼管顯示。 二．系統(tǒng)方案論證 總體方案與比較論證 方案 1：采用線性控制方式進(jìn)行直流電機(jī)的控制 此方式一般用于小功率電機(jī)平滑轉(zhuǎn)速控制。 方案 2：采用一般模擬 PWM 波進(jìn)行直流電機(jī)控制 此方案接有 D/A 轉(zhuǎn)換器和模擬比較器，外部連線多，電路復(fù)雜，不便于控制，故該方案不理想。 方案 3：使用單片機(jī)設(shè) 計(jì)控制的直流電機(jī) 4 通過單片機(jī)，我們完全能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動模塊，轉(zhuǎn)速模塊顯示模塊等需要的模塊。硬件電路簡
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