基于NiosII軟核處理器的步進(jìn)電機(jī)接口設(shè)計(jì)
電子技術(shù)發(fā)展日新月異,控制技術(shù)也發(fā)生了革命性的變化,特別是SOC技術(shù)的發(fā)展,文中主要研究的是遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)。首先,根據(jù)控制功能的要求設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)控制模塊,該模塊采用一種脈沖疊加算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)任意頻率變速;然后,將該模塊封裝到SOPC Builder的標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)中;最后,利用SOPC技術(shù),在Altera公司的Cyclone II EP2C35芯片上集成了NiosII軟核,相關(guān)的外圍控制器和自定義的電機(jī)控制模塊,完成了該設(shè)計(jì)的驗(yàn)證工作。
1 基本原理
步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)變換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子做成多極的,定子上嵌裝有多相不同連接的控制繞組,有專用電源供電。每輸入一個(gè)脈沖,步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步,故又叫做脈沖電動(dòng)機(jī)。其角位移量與脈沖數(shù)成正比;線速度或轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。本文是針對(duì)的四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)而設(shè)計(jì)的控制器,它的定子磁極上增加了小齒,轉(zhuǎn)子也做成多極的,定、轉(zhuǎn)子的齒距相同,齒數(shù)也適當(dāng)?shù)呐浜?。這樣,在一對(duì)磁極下,定、轉(zhuǎn)子齒在對(duì)正時(shí),下一相繞組下的定轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)t/m(t為齒間距,m為相數(shù)),再下一相繞組下定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)2t/m,并以此類推,在定子磁場(chǎng)的作用下,由于轉(zhuǎn)子力圖取最大的磁導(dǎo)位置,所以每一拍,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)相當(dāng)t/m齒矩的角度(步距角):
步進(jìn)電機(jī)常用的有四相,也有三、五、六甚至更多相。相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多,步矩角就越小,在同樣的脈沖頻率下,轉(zhuǎn)速越低。
2 電機(jī)控制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 概述
步進(jìn)電機(jī)控制主要由電機(jī)控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器兩部分組成,如圖1所示。其中,電機(jī)控制器用于控制產(chǎn)生脈沖,電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于控制輸出信號(hào)的功率放大。本文主要設(shè)計(jì)電機(jī)控制器。從圖1可知,在電機(jī)控制器中含Avalon總線接口。在整個(gè)NiosII系統(tǒng)中電機(jī)控制器作為一個(gè)從設(shè)備使用。
電機(jī)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程是:當(dāng)控制電機(jī)的命令信號(hào)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出,傳給NiosII后,NiosII通過(guò)Avalon總線將信號(hào)傳給電機(jī)控制器,將這個(gè)信號(hào)作為電機(jī)控制器中controller的輸入,然后電機(jī)控制器會(huì)自動(dòng)的輸出4相控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào),這些信號(hào)再經(jīng)過(guò)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器的功率放大后,就可以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。可以看出其中的controller是整個(gè)電機(jī)控制模塊的核心。這里的contorller模塊又由3部分組成:脈沖
發(fā)生控制器、脈沖發(fā)生器、脈沖分相器。脈沖發(fā)生控制器主要是為脈沖發(fā)生器提供基準(zhǔn)脈沖和和標(biāo)記脈沖個(gè)數(shù)的寄存器值。然后通過(guò)脈沖分相器的作用來(lái)控制電機(jī)的脈沖信號(hào)CP。
2.2 脈沖發(fā)生器方案的提出
根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,電機(jī)控制器需具有基準(zhǔn)時(shí)鐘65 536 Hz;輸出脈沖的個(gè)數(shù)設(shè)定范圍1~16 777 215;輸出脈沖的速率設(shè)定范圍1-65 535 pps。根據(jù)上面的要求,所以需要用一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)不同脈沖的信號(hào)的輸出,而不同頻率的輸出脈沖之間不能重疊。
有了16種不同的頻率而且互不重疊的基脈沖后,就可以提取16種頻率的脈沖作為疊加脈沖,從而得到0~65 535范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)的脈沖頻率。
評(píng)論