基于fpga的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(參考版)
2025-06-21 14:28本頁(yè)面
【正文】 在NIOS實(shí)際軟件編程當(dāng)中，在程序編寫(xiě)過(guò)程中讀取PID計(jì)算的結(jié)果，改變PWM的值。圖 24 制動(dòng)轉(zhuǎn)換函數(shù)、PID調(diào)節(jié)PWM脈沖寬度的實(shí)現(xiàn) 由于本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，PID的計(jì)算過(guò)程是一個(gè)單獨(dú)搭建的電路模塊，計(jì)算得到最終結(jié)果值有正負(fù)之分，通過(guò)一個(gè)比較器和0進(jìn)行比較，根據(jù)比較計(jì)算結(jié)果，如果計(jì)算值大于0輸出高電平，若小于0則輸出低電平。這種方法在各種電機(jī)制動(dòng)中廣泛應(yīng)用，變頻控制也用到了。反接制動(dòng)制動(dòng)力強(qiáng)，制動(dòng)迅速，控制電路簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，但制動(dòng)準(zhǔn)確性差，制動(dòng)過(guò)程中沖擊力強(qiáng)烈，易損壞傳動(dòng)部件。（2）反接制動(dòng)：直流電機(jī)制動(dòng)，將電機(jī)的電源正負(fù)極反接，改變電樞電流的方向，這樣轉(zhuǎn)矩的方向也改變，使得轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的方向相反。而在實(shí)際應(yīng)用中多采用電氣制動(dòng)，常用的電氣制動(dòng)方式有：（1）短接制動(dòng)：制動(dòng)時(shí)將電機(jī)的繞組短接，利用繞組自身的電阻消耗能量。NIOS軟件編程如下：圖23 正反轉(zhuǎn)相序轉(zhuǎn)換函數(shù)、制動(dòng)相序轉(zhuǎn)換函數(shù)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式主要有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)：0010110100；電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)：0001111000；狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下圖所示。、正反轉(zhuǎn)相序轉(zhuǎn)換函數(shù)正轉(zhuǎn)相序和反轉(zhuǎn)相序是根據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu)而定的，電動(dòng)機(jī)在出廠的時(shí)候就已經(jīng)確定了的。然后，在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候，去掉最小的4個(gè)數(shù)據(jù)和最大的5個(gè)數(shù)據(jù)，剩下中間的6個(gè)數(shù)據(jù)，求取平均值。為了提高速度的精度，我們?nèi)?5組數(shù)據(jù)，存放在數(shù)組當(dāng)中，用于求取速度的平均值。本設(shè)計(jì)中NIOS定制中的捕獲端口實(shí)際設(shè)計(jì)如下圖所示：圖18 捕獲IO口設(shè)置為雙沿同步捕獲首先進(jìn)入捕獲中斷函數(shù)后，完成讀取捕獲值、換相函數(shù)、清除中斷標(biāo)志。在定制NIOS軟核系統(tǒng)中，將CAP_PIO端口設(shè)置為同步邊沿捕獲，并且上升沿和下降都捕獲，這樣在捕獲中斷函數(shù)當(dāng)中讀取捕獲值，同時(shí)完成電機(jī)換向。圖16 電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊 基于NIOS II軟核應(yīng)用軟件編程、主程序的設(shè)計(jì) 主函數(shù)程序，主要完成系統(tǒng)函數(shù)的初始化，根據(jù)軟件所設(shè)計(jì)的標(biāo)志位控制相關(guān)模塊的運(yùn)行與停止，是整個(gè)軟件編寫(xiě)最主要的部分。占空比為50%的倍頻信號(hào)。本系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)，主要由異或門(mén)、計(jì)數(shù)器、常數(shù)值及除法器三部分構(gòu)成，如下圖所示。在最低速時(shí)計(jì)數(shù)值N為最大，所以選用N脈沖計(jì)數(shù)器為11位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,單位r；是該路信號(hào)上升沿和下降沿之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間差，單位min；是計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率；由于測(cè)速范圍為256~2047r/min，當(dāng)n=2048r/min時(shí)，計(jì)數(shù)值N=256，系統(tǒng)能正常運(yùn)行。圖15 位置信號(hào)示意圖根據(jù)T測(cè)速法，可得如下轉(zhuǎn)速計(jì)算公式： 式中，n為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min；是一路信號(hào)上升沿和下降沿之間的機(jī)械角度差，如圖15所示， =15176。其中的、及 的 移位操作是通過(guò)乘法器的流水線時(shí)鐘選擇實(shí)現(xiàn)的。PID算法最終可以化簡(jiǎn)為,其可以很容易利用FPGA內(nèi)部的
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