【正文】 方式。 PWM技術發(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）技術與開關功率電路成為主流技術，在功率應用中基本取代了線性功率放大電路，以減小功率器件導通損耗，提高驅動效率。隨著發(fā)展，交、直流之分越來越模糊，二者的發(fā)展方向相同，概念趨向一致。一般實現(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。其中，繞組電流的控制為大部分文獻研究的焦點。其反電勢波形為正弦波，相應的繞組電流也為正弦波。永磁同步電動機調(diào)速及高性能伺服技術發(fā)展迅速，應用功率范圍不斷擴大。一般意義上的無刷直流電機是指方波無刷直流電動機，其特征是只需簡單的開關位置信號即可通過逆變橋驅動永磁電動機工作。直流傳動系統(tǒng)控制簡單、調(diào)速特性好，一直是調(diào)速傳動領域中的重要組成部分[1]。FPGA和CPLD等超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷某霈F(xiàn)，不僅可以制作成控制器來代替單片機及DSP，同時還能講外圍電路集成到同一個芯片當中，大大提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。EDA（Electronic Design Automation）技術作為現(xiàn)代電子設計技術的核心，依賴功能強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，實現(xiàn)既定的電子線路功能系統(tǒng)的設計。一體化電動機的發(fā)展方向主要體現(xiàn)于集控制及電動機于一體的無刷直流電動機。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。 Hardware Description Language。s DE2 development board as the system controller. At the same time, it integrates some circuit which is needed by speed control to DC motor control system with the help of hardware description language. Thus it provides a new way of the motor control. Finally, this paper provides several key functions in the control system software to explain how to control the movement of motor.Based on the above design, I’ve made a solid model and carried out proof tests, the related results proved the feasibility and correctness of this design. The program of the SOPC system technology which are posed of Nios II softcore in this thesis have many advantages and characteristics, such as highly integration, high flexibility, scalability and can greatly shorten the product development cycle.Keywords DC Motor Control。關鍵詞　直流電機控制；脈寬調(diào)制（PWM）。依據(jù)上述的設計思想，做出了實體模型并進行驗證測試，相關運行結果證明了設計的可行性和正確性。該系統(tǒng)采用通用的PWM直流電機調(diào)速方案，并使用ALTERA公司的DE2開發(fā)板上的FPGA芯片EP2C35F672C6作為系統(tǒng)控制器， 同時利用硬件描述語言將調(diào)速控制所需的一些電路高度集合成直流電機控制系統(tǒng)，從而為電機的控制提供了一種新的思路。本文首先介紹了電氣傳動系統(tǒng)和PWM技術的基本情況，說明了本文設計的控制系統(tǒng)所使用的技術。針對運動控制系統(tǒng)的高實時性、強穩(wěn)定性的控制要求，開發(fā)高精度、高效率和開放式的運動控制器具有十分重要的意義。xx大學學士學位論文基于Nios II的PWM直流電機控制系統(tǒng)設計摘要電力電子技術、微處理器技術、信號檢測與處理技術、自動控制理論和計算機應用技術的發(fā)展以及永磁材料技術的進步，極大地推動了運動控制系統(tǒng)向縱深發(fā)展。從而加速了直流電動機調(diào)速及伺服系統(tǒng)向一體化電動機以及控制數(shù)字化方向發(fā)展的進程，為運動控制系統(tǒng)的高實時性、強穩(wěn)定性的控制要求提供了保障和依據(jù)。本文以兩相直流電機為控制對象，采用基于Nios II的自定制Avalon外設技術，以單芯片大容量現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為核心控制器，設計了基于可編程片上系統(tǒng)(SOPC，System on Programmable Chip)技術的運動控制器。其次，本文介紹了利用嵌入FPGA內(nèi)部 Nios II軟核來構建一個真正意義上的小型SoC(System On a Chip)直流電機控制系統(tǒng)的具體方法，并以此說明了SOPC思想和實現(xiàn)途徑。最后，本文給出了控制系統(tǒng)軟件中的幾個關鍵函數(shù)，說明了系統(tǒng)是如何控制電機運動的。本文所采用的Nios II軟核組成的SOPC系統(tǒng)技術解決方案具有集成度高、靈活性強、擴展性好、可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期的優(yōu)點和特點?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）；可編程片上系統(tǒng)（SOPC）；硬件描述語言Based on the Nios II PWM DC Motor Control System DesignAbstractAlong with the development of electronic technology, microprocessor technology, signal detection and processing technology, automatic control theory and puter application technology and permanent magnet materials technology, people have made a great progress on the movement control system. Thus speeding up the DC motor the speed governing and servo systems evolving into the integrative motor and the control digital direction of proceedings, for the Motion Control System of high realtime, strong stability of the control requirements, provides a guarantee and basis. In accordance with Motion Control System for the high realtime, strong stability of the control requirements, development of high precision and high efficiency and open the Motion Controller of great significance.In this thesis, twophase DC motor to control the object, to use the Nios IIbased Avalon peripherals customized technology, to use largecapacity singlechip field programmable gate array(FPGA)as the core controller, design based on programmable chip system (SOPC, System on Programmable Chip) technology of motion controller.At first, this thesis introduces the electric transmission system and the basic situation of PWM technology, illustrates the technology of control system, which is designed in this paper. Secondly, the thesis introduces the method of building a true smallscale SoC(System on a Chip)for DC motor control system with embedded softcore FPGA internal Nios II and illustrates ideas and the way to the realization of SOPC. This system uses a mon DC motor PWM speed control program and the FPGA chip named EP2C35F672C6 on ALTERA39。 PWM；Field Programmable Gates Array (FPGA)；System On Programmable Chip(SOPC)。 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 II 目錄摘要…… IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 電氣傳動與PWM技術概述 1 電氣傳動的發(fā)展與趨勢 1 PWM技術發(fā)展概述 2 FPGA概述 2 EDA簡介 2 FPGA簡介 3 Cyclone II系列FPGA簡介 3 FPGA開發(fā)基本流程 4 SOPC概述 5 SOPC簡介 5 Nios II軟核簡介 6 本文研究內(nèi)容 6第2章 PWM直流電機控制系統(tǒng)設計原理 7 直流電機驅動器的組成 7 直流PWM控制的基本原理 7 驅動電路概述 8 直流電機閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成 11 閉環(huán)控制的基本思想 11 閉環(huán)控制的基本實現(xiàn)方法 11 直流電機控制器的組成 12 Avalon總線結構概述 12 基于Avalon總線自定義外設概述 13 本章小結 13第3章 基于Nios II的系統(tǒng)硬件設計 14 系統(tǒng)的的主體框架 14 控制器各部分模塊 15 Nios II軟核構建 15 PWM信號產(chǎn)生模塊 19 電機運行狀態(tài)控制電路模塊 22 頻率計模塊 22 顯示譯碼模塊 24 閉環(huán)控制電路 26 分頻器 27 直流電機驅動電路 28 TLP521光耦電氣隔離 28 L298N驅動電路 29 工作電源 31 直流電機閉環(huán)控制電路 31 電機轉速信號采集 31 電機轉速信號整理電路 33 本章小結 35第4章 基于IDE環(huán)境的軟件工程設計 36 控制系統(tǒng)軟件主體構架 36 控制軟件各工作模式 37 單速工作模式 37 分級定速工作模式 38 實時調(diào)節(jié)工作模式 39 主要函數(shù)讀解 40 單速工作程序 40 分級定速工作程序 40 實時調(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 43結論 44致謝 45參考文獻 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 69千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 IV 第1章 緒論 課題背景隨著電力電子技術、微處理器技術的發(fā)展以及永磁材料技術的進步，直流電動機調(diào)速及伺服系統(tǒng)正在向一體化電動機以及控制數(shù)字化的方向發(fā)展。而脈寬調(diào)制（PWM）技術以及相應的功率開關電路技術則是控制數(shù)字化的基礎。單片機及DSP的性能不斷提高，使得PWM控制技術及電動機控制技術也日趨成熟。 電氣傳動與PWM技術概述 電氣傳動的發(fā)展與趨勢隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，電氣傳動系統(tǒng)正在向系統(tǒng)高性能、控制數(shù)字化、一體化機電的方向發(fā)展。現(xiàn)代的直流傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向是電動機主極永磁化及換向無刷化，而無刷直流電機正是在這樣的趨勢下所發(fā)展起來的機電一體化電動機系統(tǒng)。近年來，雖然永磁直流電動機也隨著永磁材料技術的發(fā)展而得到了性能的提高，依然在直流傳動系統(tǒng)中被廣泛應用，但直流傳動系統(tǒng)已經(jīng)處于無刷直流電動機大規(guī)模普及與應用的階段。永磁同步電動機，實際上為帶有位置傳感器的、由逆變器驅動的永磁同步電動機系統(tǒng)。關于永磁同步電動的研究主要集中于電動機的新型結構形式、氣隙磁場的設計、計算和繞組電流的控制。此后的研究雖然在控制手段上不斷改進，但控制方法沒有本質的突破。高性能直流傳動系統(tǒng)在向方波無刷直流電動機為主的方向發(fā)展，而方波無刷直流電動機在向電流正弦化的方向發(fā)展，而永磁同步電動機系統(tǒng)也在向無位置檢測或位置檢測簡易化方向發(fā)展。如今，無刷直流電動機或永磁同步電動機系統(tǒng)集特種電動機、變流機構、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，形成新一代的一體化電動機系統(tǒng)，體現(xiàn)著當今應用科學的最新成果，是機電一體化的高科技產(chǎn)物。在PWM技術中，功率器件工作在開關飽和導通狀態(tài)，通過改變功率器件的驅動脈沖信號的開通與關斷的時間，來改變加在負載兩端的平均電壓的大小。一種方式是將脈沖信號的開關頻率及周期T固定，通過改變導通脈沖的寬度來改變負載的平均電壓，這就是脈沖寬度調(diào)制（PWM）。由于PFM控制是通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)平均電壓的調(diào)節(jié)的，頻率變化范圍較大。最嚴重的情況是，在某些特殊頻率下系統(tǒng)有可能產(chǎn)生機械諧振，就會導致系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩和出現(xiàn)音頻嘯叫聲。因此在電氣傳動領域內(nèi)PWM控制技術成為應用的主流技術。前者代表了物理層在