基于fpga的開關磁阻電機調速系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-07-15 14:12 本頁面
【文章內容簡介】 作為載波，比較值寄存器的值作為調制，可以根據(jù)需要改變PWM脈沖的寬度。圖 11 PWM產(chǎn)生原理圖三角波的實現(xiàn)是通過10位計數(shù)器IP核設置為增減計數(shù)模式，增減計數(shù)控制使能端為1時增計數(shù)，為0時是減計數(shù)。當計數(shù)值到達計數(shù)器最大值1024時，輸出一個上升沿脈沖信號，輸入D觸發(fā)器，使其輸出狀態(tài)取反一次，從而有效地使計數(shù)器工作在增減計數(shù)模式下，實現(xiàn)了三角波生成的功能。 調節(jié)PWM波的占空比是電機調速的重要手段，若比較寄存器的值逐漸增大，輸出脈沖的開啟時間變大，PWM占空比逐漸變大，功率器件輸出給電機電樞的能量增加，電機加速；若比較寄存器的值減小，輸出脈沖的開啟時間變小，PWM占空比逐漸變小，功率器件輸出給電機電樞的能量減少，電機減速。PWM波產(chǎn)生電路如圖：圖12 PWM波產(chǎn)生電路、PID控制原理常規(guī)模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖13所示 圖13 PID控制原理圖PID控制器是一種線性器，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出構成控制偏差： (51)將此偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。其控制規(guī)律為： (52)其傳遞函數(shù)： (53)式中，為比例系數(shù)，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)。、本設計系統(tǒng)PID模塊的實現(xiàn) 本設計所采用的是增量式PID算法，所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量。當執(zhí)行機構需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對數(shù)值時，可以使用增量式PID控制算法進行控制。 增量式PID控制算法可以通過式（59）推導出。由式（59）可以得到控制器的第k－1個采樣時刻的輸出值為： （510）將式（5－8）與式（510）相減并整理，就可以得到增量式PID控制算法公式為： （511） 增量式PID控制算法與位置式PID算法式（58）相比，計算量小的多，因此在實際中得到廣泛的應用。PID算法最終可以化簡為,其可以很容易利用FPGA內部的IP核實現(xiàn)。本系統(tǒng)利用一個減法器，實現(xiàn)誤差值的求取，采用三個乘法器實現(xiàn)公式當中的乘法，再利用一個加法器相加，最終得到計算結果，在通過一個比較器，當計算結果大于0時輸出高電平，計算結果小于0時，輸出一個低電平，在NIOS當中讀取該電平的狀態(tài)，根據(jù)該狀態(tài)值增加或者減小PWM脈沖寬度的值，達到脈寬調制的效果。其中的、及 的 移位操作是通過乘法器的流水線時鐘選擇實現(xiàn)的。 圖14 增量式PID算法電路、測速電路模塊兩路位置信號輸入，每一次跳變上升沿或下降沿都要產(chǎn)生一次計算過程，讀取計數(shù)器的數(shù)值即可計算出各路信號
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