基于FPGA的步進電機優(yōu)化控制方案

該控制系統(tǒng)中采用總線控制方式，利用片選信號依次控制4路PWM鎖存器的通斷，這樣可以簡化硬件電路和軟件設(shè)計。以A相控制為例，當(dāng)片選A為高電平而其他幾路片選為低時，A路PWM鎖存器工作而其他幾路PWM鎖存器休眠。根據(jù)公式(8)計算出細分的電流分配系數(shù)，進而轉(zhuǎn)化成控制PWM信號的占空比，同時開通幾路鎖存器，通過鎖存器輸出驅(qū)動步進電機。

3 步進電機細分控制軟件的設(shè)計

本設(shè)計中采用QuartusⅡ軟件開發(fā)平臺和Verilog設(shè)計語言進行控制軟件的設(shè)計。系統(tǒng)中需要在FPGA內(nèi)利用線性反饋移位寄存器(Linear Feedback Shift Registers)來實現(xiàn)隨機數(shù)的產(chǎn)生，控制步進電機的隨機取樣轉(zhuǎn)動，本系統(tǒng)中最核心的PWM控制模塊設(shè)計如下：

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)設(shè)計完成后，對整個系統(tǒng)進行測試和檢驗。PWM控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖5所示，觀察仿真輸出波形可知控制脈沖輸出正確。將程序固化到FPGA硬件中之后，將被控的四相反應(yīng)式步進電機連接上，并通過串口將FPGA與上位機相連，由上位機輸出命令控制步進電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)動角度等。

5 結(jié)語

驗證結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了步進電機等步距角的16級細分，并通過人機交互實現(xiàn)了任意改變各相順序的主要技術(shù)指標，控制精度高，可靠性強。