步进电机定位控制课件

步進電機定位控制系統設計設計要求設計一個基於FPGA的4相步進電機定位控制系統。系統組成

步進電機是利用數字信號控制的電機裝置，步進電機每次接收到一組脈衝數字信號，便旋轉一個角度，稱為步進角。不同規格的步進電機的步進角不同，與電動機內部的線圈數量有關。線圈中的供應電流決定線圈所產生的磁場方向。4相步進電機有兩組線圈A和B，如上圖所示，A、B兩組垂直擺放線圈的電流方向的排列組合，最多可以產生8種磁場方向，分別是0º、45º、90º、135º、180º、225º、270º、315º。4相步進電機的8個方向和電流以及電壓信號的關係

由上表可以知，假設電動機轉子刻度在0º的位置，想讓其轉180º，可以使端口信號依次按0001，0011，0010，0110到0100變化。注意：4相電動機有1相激磁法、2相激磁法和1-2相混合激磁法3種激磁方式。不同的激磁方式，端口信號的順序是不同的。FPGA模組圖和輸入、輸出信號說明：reset:系統內部複位信號，’1’時有效；dir:步進電機正反轉的方向控制開關，

0:逆時針，1:順時針；clk:由FPGA內部提供的4MHz的時鐘信號；ini:賦初值的使能開關，’0’時有效；manner:激磁方式的選擇開關(兩位),00:自動檢測角度輸入,

決定激磁方式01:1-相激磁;10:2-相激磁;11:1-2-相激磁.angle:步進角的倍數設定輸入鍵.baba:將內部計數器的count[3downto0]的數值編碼輸出模組設計

系統主要由步進電機方向設定電路模組、步進電機步進移動與定位控制模組和編碼輸出模組構成。前兩個模組完成電機旋轉方向設定，激磁方式設定和定位角度的換算等工作，後一個模組用於對換算後的角度量編碼輸出。各模組間整體共用的電路內部傳遞信號count：內部電路計數累加器，用來產生輸出所需對應的狀態；cntinc：設定累加器所需的累加/減計數值；sntini：設定累加器所需的計數初值；angledncount：設定步進角所需處理的次數；Angledncntdec：設定步進角所需累減計數值；電機方向設定電路模組該模組設定了步進電機的旋轉方向以及電機在任一方向上所需的初值與累加/減值。該模組VHDL程式見8.24步進電機定位控制系統STEP_MOTOR.VHD中STEP_MOTOR_DIRECTION：BLOCK。模組輸出的各個初值以及累加/減值的設定真值表mannercntinicntincangledncntdec00angle=2n+1時–1angle=2n時0220102210-12211011dir為0時，步進電機工作於逆時針旋轉模式，累加值為正數。manner選擇激磁方式00、01、10、11分別對應默認激磁方式、1-相激磁方式、2-相激磁方式和1-2-相激磁方式。模組輸出的各個初值以及累加/減值的設定真值表mannercntinicntincangledncntdec00angle=2n+1時–1angle=2n時0-22010-2210-1-22110-11dir為1時，步進電機工作於順時針旋轉模式，累加值為負數。manner選擇激磁方式00、01、10、11分別對應默認激磁方式、1-相激磁方式、2-相激磁方式和1-2-相激磁方式。步進電機步進移動與定位控制模組該模組的主要功能是利用賦初值ini將數值傳到該模組中並配合輸入的clk作為同步控制信號，進行步進電機的步進移動與定位控制。該模組VHDL程式見8.24步進電機定位控制系統STEP_MOTOR.VHD檔STEP­_MOVING。步進電機定位功能通過一個減法器實現：在每個clk脈衝上升緣，設定步進角倍數angledncount減去不同激磁方式下設定的累減記數值angledncntdec，判斷差值小於設定的累減記數時，步進電機旋轉到預定角度停止輸出驅動端口信號，