步进电机定位控制.ppt

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1、8.24 8.24 步进电机定位控制系统设计步进电机定位控制系统设计设计要求n设计一个基于FPGA的4相步进电机定位控制系统。系统组成 步进电机是利用数字信号控制的电机装置，步进电机每次接收到一组脉冲数字信号，便旋转一个角度，称为步进角。不同规格的步进电机的步进角不同，与电动机内部的线圈数量有关。线圈中的供应电流决定线圈所产生的磁场方向。4相步进电机有两组线圈 A和 B，如上图所示，A、B两组垂直摆放线圈的电流方向的排列组合，最多可以产生8种磁场方向，分别是0、45、90、135、180、225、270、315。4相步进电机的8个方向和电流以及电压信号的关系 由上表可以知，假设电动机转子刻度在

2、0的位置，想让其转180，可以使端口信号依次按0001，0011，0010，0110到0100变化。注意：4相电动机有1相激磁法、2相激磁法和12相混合激磁法3种激磁方式。不同的激磁方式，端口信号的顺序是不同的。FPGA模块图和输入、输出信号说明：reset:系统内部复位信号，1时有效；dir:步进电机正反转的方向控制开关，0:逆时针，1:顺时针；clk:由FPGA内部提供的4MHz的时钟信号；ini:赋初值的使能开关，0时有效；manner:激磁方式的选择开关(两位),00:自动检测角度输入,决定激磁方式01:1相激磁;10:2相激磁;11:12相激磁.angle:步进角的倍数设定输入键.b

3、aba:将内部计数器的count3 downto 0的数值编码输出模块设计 系统主要由步进电机方向设定电路模块、步进电机步进移动与定位控制模块和编码输出模块构成。前两个模块完成电机旋转方向设定，激磁方式设定和定位角度的换算等工作，后一个模块用于对换算后的角度量编码输出。各模块间整体共享的电路内部传递信号ncount：内部电路计数累加器，用来产生输出所需对应的状态；ncntinc：设定累加器所需的累加/减计数值；nsntini：设定累加器所需的计数初值；nangledncount：设定步进角所需处理的次数；nAngledncntdec：设定步进角所需累减计数值；电机方向设定电路模块n该模块设定了

4、步进电机的旋转方向以及电机在任一方向上所需的初值与累加/减值。n该模块VHDL程序见8.24 步进电机定位控制系统STEP_MOTOR.VHD中STEP_MOTOR_DIRECTION：BLOCK。模块输出的各个初值以及累加/减值的设定真值表mannercntinicntincangledncntdec00angle=2n+1时 1angle=2n 时 0220102210-12211011dir为0时，步进电机工作于逆时针旋转模式，累加值为正数。manner 选择激磁方式 00、01、10、11分别对应默认激磁方式、1相激磁方式、2相激磁方式和12相激磁方式。模块输出的各个初值以及累加/减值

5、的设定真值表mannercntinicntincangledncntdec00angle=2n+1时 1angle=2n 时 0-22010-2210-1-22110-11dir为1时，步进电机工作于顺时针旋转模式，累加值为负数。manner 选择激磁方式 00、01、10、11分别对应默认激磁方式、1相激磁方式、2相激磁方式和12相激磁方式。步进电机步进移动与定位控制模块n该模块的主要功能是利用赋初值ini将数值传到该模块中并配合输入的clk作为同步控制信号，进行步进电机的步进移动与定位控制。n该模块VHDL程序见8.24 步进电机定位控制系统STEP_MOTOR.VHD文件STEP_MOVING。n步进电机定位功能通过一个减法器实现：在每个clk脉冲上升缘，设定步进角倍数angledncount 减去不同激磁方式下设定的累减记数值angledncntdec，判断差值小于设定的累减记数时，步进电机旋转到预定角度停止输出驱动端口信号，实现步进电机的定位功能。n驱动端口信号利用累加器实现。编码输出模块n该模块的功能是将count与angledncount产生的数值经过编码，并通过baba3downto0输出到步进电机。程序设计与仿真n系统程序见8.24 步进电机定位控制系统VHDL程序与仿真。