【正文】 電機(jī)的繞組電流被采樣后變成電壓信號，再經(jīng)濾波后輸入到電流傳感器 IR2175 中，IR2175 輸出占空比變化的 PWM 波，經(jīng)過光電耦合后輸入到 FPGA 中，F(xiàn)PGA 根據(jù)輸入的 PWM 波的占空比的值確定反饋電流的大小。保護(hù)級的作用是保護(hù)驅(qū)動級的安全，這一級一般提供過電流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等功能，有時還要提供對輸入信號進(jìn)行監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)輸入異常也提供保護(hù)動作。平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文36第四章 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計 驅(qū)動系統(tǒng)的組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的主要構(gòu)成如圖所示，一般山環(huán)形分配器、信號處理級、推動級，輸入電路、驅(qū)動級、保護(hù)級等部分組成圖 41 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制器 功率放大器 步進(jìn)電機(jī)脈沖方向控制平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文37輸入電路 環(huán)形分配器信號放大與處理推動級 驅(qū)動器保 護(hù)圖 42 驅(qū)動器的組成環(huán)形分配器的一個功能是用來接受來自控制器的 CP 脈沖，并按步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表所要求的狀態(tài)順序產(chǎn)生各相導(dǎo)通或關(guān)斷信號。延遲的時間大小與電路復(fù)雜度和所選用的器件有關(guān)。要避免這種情況，應(yīng)該這樣寫： If wr =` 139。VHDL 允許采用不同的格式來寫設(shè)計的構(gòu)造。1，VHDL 庫和程序包庫是存放可編譯的設(shè)計單元的地方，通過其目錄查詢和調(diào)用。 對于電路系統(tǒng)內(nèi)部的子系統(tǒng)乃至部分元器件的工作狀態(tài)和工作方式可以是相互獨立、互不相關(guān)的，也可以是互為因果的。 VHDL 語言的編寫在用 VHDL 進(jìn)行電路設(shè)計之前，首先得有邏輯電路基礎(chǔ)，再進(jìn)行編程，VHDL 編程語言跟用其他軟件語言不同，雖然語法看上去也是一種編寫軟件的語言，但 VHDL 語言和編寫軟件的語言如 C 語言是有根本區(qū)別的。ISP 技術(shù)為系統(tǒng)設(shè)計和制造帶來了很大的靈活性。動態(tài)可重構(gòu)是 FPGA 在器件編程結(jié)構(gòu)上具有專門的特征，其內(nèi)部邏輯塊和內(nèi)部連線的改變，可以通過讀取不同的 SRAM 中的數(shù)據(jù)來直接實現(xiàn)這樣的邏輯重構(gòu)，時間往往在納秒級，有助于實現(xiàn) FPGA 系統(tǒng)邏輯功能的動態(tài)重構(gòu)。LUT 本質(zhì)上就是一個 RAM。配置數(shù)據(jù)可以存儲在片外的 EPROM 或者計算機(jī)上，設(shè)計人員可以控制加載過程，在現(xiàn)場修改器件的邏輯功能，即所謂現(xiàn)場可編程。每個邏輯陣列塊 LAB 由 16 個宏單元組成，多個 LAB 通過可編程連線陣列 PIA 和平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文29全局總線連接在一起。PLD（Programmable Logic Device）是始于上世紀(jì) 70 年代，目前已形成了許多類型的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、工藝、集成度、速度和性能等都在不斷提高和改進(jìn)。這樣，我們可以進(jìn)一步的了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理和正弦波細(xì)分驅(qū)動的原理，為以后的設(shè)計奠定扎實的基礎(chǔ)。(3)控制器輸出信號的精度達(dá)到 14 位。2，步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)脈沖信號發(fā)生器的輸出脈沖能完成勻速、加速、減速且速率和加減速度都能做到連續(xù)可調(diào)。 ② ASIC 具有較高的穩(wěn)定性。(2)單片機(jī)的方法 通常，單片機(jī)的時鐘信號(clock)來源于晶振。平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文23CW CCW Qa 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1Qb 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1Qc 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0Qd 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0圖 26 為移位寄存器的 4 個輸出在移位時的狀態(tài) 當(dāng)移位暫存器移位一次，步進(jìn)電機(jī)就會轉(zhuǎn)一個角度，而暫存器的移位是由輸入到 CLK 的脈沖所決定的，每輸入 1 個脈沖則移位一次，因此，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及所旋轉(zhuǎn)的角度就由輸入脈沖的速率和總脈沖數(shù)所決定。從同步電機(jī)控制的角度來控制步進(jìn)電機(jī)，這就從根本上跳出步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制是對相電流控制的限制，實現(xiàn)了全新的脈沖細(xì)分控制。由此可見，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的關(guān)鍵在于細(xì)分步進(jìn)電機(jī)各相勵磁繞組中的電流。一般地，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部磁場變化一周時，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距，因此，步進(jìn)電機(jī)的步距角 可表示為 式中，Nr 為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)，?bNrmb?為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時兩相鄰穩(wěn)定磁場之間的夾角。(3)通常采用單片機(jī)為控制單元，響應(yīng)速度及可靠性不太高。(2)由于步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)繞組電流與電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之間的非線性關(guān)系，很難精確的計算出來，因此都采用近似的方法。細(xì)分驅(qū)動技術(shù)實際上是直接控制繞組電流的變化來驅(qū)動電機(jī)，這使得很多學(xué)者從這個思路出發(fā)尋求不同類型的步進(jìn)電機(jī)需要的最佳驅(qū)動電流波形規(guī)律。但是使用這種驅(qū)動方式的電機(jī)，其繞組的電流波形在高壓工作結(jié)束和低壓工作開始的銜接處呈凹形，致使電機(jī)的輸出力矩有所下降。到目前為止，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)通常分為單電壓驅(qū)動、單電壓串電阻驅(qū)動、高低壓驅(qū)動、斬波恒流驅(qū)動、升頻升壓驅(qū)動和細(xì)分驅(qū)動等。為了改善這個問題，出現(xiàn)了一種新型驅(qū)動方式，就是細(xì)分驅(qū)動技術(shù)。所以，在 BB39。圖中單向磁場的磁通均用虛線表示。方向，轉(zhuǎn)子又沿 ABC 方向轉(zhuǎn)過 1/3 齒距，以使 C 相極定轉(zhuǎn)子齒對齒。轉(zhuǎn)子鐵心上沒有繞組，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為 40，每一個齒距對應(yīng)的空間角度為 93604?當(dāng)某一相繞組通電，例如 A 相繞組通電時，電動機(jī)內(nèi)建立以 AA 為軸線的磁場，由于定轉(zhuǎn)子上均有齒和槽，所以當(dāng)定轉(zhuǎn)子齒的相對位置不同時，磁路的磁導(dǎo)也不同，定轉(zhuǎn)子齒對齒處的每個極磁導(dǎo)為最大，定轉(zhuǎn)子齒對槽處的每個極磁導(dǎo)為最小。圖 21 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般來說，在不同的相數(shù)和極數(shù)時，步距角為 mp360??式中 m 表示為拍數(shù)。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則相數(shù)將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176?！　〔竭M(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。采用細(xì)分控制策略研制的驅(qū)動器有望克服步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行工況中存在許多不足之處。步進(jìn)電機(jī)也在數(shù)字控制系統(tǒng)、工具控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)脈沖頻率等于或者接近于自由振蕩頻率 f 或者 f/k(k=1, 2, 3…)時，如果阻尼作用不強(qiáng)，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的振蕩甚至失步和無法工作，這就是步進(jìn)電機(jī)的低頻共振現(xiàn)象，一般不允許在共振頻率下運(yùn)行。實際上步進(jìn)電動機(jī)本體與驅(qū)動器是密不可分的兩部分，兩者一起統(tǒng)稱為“步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)”或“步進(jìn)電機(jī)單元” ，其運(yùn)行性能是電機(jī)和電路兩者配合所反映出來的綜合效果。 Driving平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文10第 1 章 緒 論 引言電氣驅(qū)動控制系統(tǒng)是以電機(jī)為控制對象，以微電子芯片為控制核心，以電力電子功率變換器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的框架下組成的控制系統(tǒng)，其目的是通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩進(jìn)而控制生產(chǎn)機(jī)械或運(yùn)動部件按照人們所希望的規(guī)律運(yùn)動。 use IR2175 which is a linear current sensing IC to measure feedback current。這種硬件結(jié)構(gòu)使該驅(qū)動系統(tǒng)具有體積較小，抗干擾能力較強(qiáng)，驅(qū)動能力較強(qiáng)，成本較低的優(yōu)點。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文5目錄摘要 ....................................................................4ABSTRACT ................................................................5第 1 章 緒 論 ............................................................6 引言 ...............................................................6 步進(jìn)電機(jī)的特點及應(yīng)用 ...............................................7 課題研究的目的和意義 ...............................................8第二章 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和細(xì)分驅(qū)動原理 .....................................9 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) .....................................................9 步進(jìn)電機(jī)的分類 ....................................................10 永磁式步進(jìn)電機(jī) ................................................10 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) ................................................11 混合式步進(jìn)電機(jī) ................................................12 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)概述 ..............................................14 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的研究現(xiàn)狀 ........................................16 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動原理 ..............................................16 測試原理 ..........................................................19 目前可以實現(xiàn)的方法及比較 ..........................................20 本文主要工作 ......................................................21 本章小結(jié) ..........................................................22第三章 FPGA 以及 VHDL 語言 ...............................................23 可編程邏輯器件的發(fā)展概況 ..........................................23 現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA 結(jié)構(gòu) .........................................25 現(xiàn)場集成的編程方式 ................................................27 VHDL 語言 .........................................................28 VHDL 語言的編寫 ...............................................28 VHDL 程序的順序問題 ...........................................29平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文6 VHDL 編程中的問題 .............................................30 VHDL 語言的組成以及編程的基礎(chǔ) .................................31 本章小結(jié) ..........................................................32第四章 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ..................................32 驅(qū)動系統(tǒng)的組成 ....................................................33 驅(qū)動系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 ............................................34 各子模塊電路的設(shè)計 ................................................35 主回路及驅(qū)動電路的設(shè)計 ........................................35 電流測量電路設(shè)計以及反饋電路的設(shè)計 ............................36 主控制芯片和周邊電路的設(shè)計 ....................................37 主回路及驅(qū)動功放電路的設(shè)計 ....................................39 光電隔離接口及電源設(shè)計 ........................................41 保護(hù)電路的設(shè)計 ................................................42 本章小結(jié) ..........................................