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基于CPLD的伺服电机调速系统的研究

作　者: 付凯波
导　师: 鲁凯生
学　校: 武汉理工大学
专　业: 轮机工程
关键词: 复杂可编程逻辑器件 直流伺服系统 脉宽调制(PWM) 电动机
分类号: TM383.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


电动机自动控制系统广泛用于机械、钢铁、矿山、冶金、化工、石油、纺织、军工等行业,这些行业中绝大部分生产机械采用电动机作原动机,而直流伺服电机因为其优越的调速性能,被广泛采用。对国民经济具有十分重要的现实意义。随着电力电子技术、微处理器技术发展以及永磁材料技术进步,直流电动机调速及其伺服系统正在向一体化电动机以及控制数字化的方向发展。而脉宽调制(PWM)技术以及相应的功率开关电路技术则是控制数字化的基础。对直流伺服电动机和CPLD (Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件)的国内外发展的现状和前景,本论文就此作了以下几个方面的工作：首先,详细分析了直流伺服电动机与CPLD的发展现状和前景,并认为进行CPLD对直流伺服电动机的调速研究具有很好的现实意义。接着本文比较深入地介绍了直流电动机的主要特点和工作原理,详细介绍了伺服电机自带编码器的工作原理。接下来详细论述了基于CPLD控制直流伺服电机的原理,根据需要设计了功率驱动电路,重点分析了伺服电机正反转、加减速以及调角度的原理,在此基础上搭建了硬件平台,连接好了实验电路,采用Verilog硬件描述语言编程使用PLD_JTAG下载线烧录程序到CPLD实验版上,实现了直流伺服电机的正反转控制,加减速控制,调角度控制。总的来说,本文实现了基于CPLD的直流伺服电机调速系统的控制,达到了设计的目的。在本文最后,总结了通过本次控制设计所学到的知识,并展望了未来的工作。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外发展现况  10-14
    1.2.1 伺服系统的国内外发展现状和前景  10-12
    1.2.2 CPLD的国内外发展现状及特点分析  12-13
    1.2.3 CPLD与直流伺服电机的发展  13-14
  1.3 本文的主要内容  14-15
第2章 直流伺服电机的原理及选型  15-21
  2.1 直流伺服电机的结构及工作原理  15-17
  2.2 直流伺服电机的主要特点  17
  2.3 直流伺服电机选型  17-20
    2.3.1 直流伺服电动机的选型  17-18
    2.3.2 光电编码器的选型与原理  18-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章 基于CPLD控制的硬件设计  21-38
  3.1 控制芯片的选择  21-24
    3.1.1 各种芯片的比较  21-22
    3.1.2 CPLD/FPGA的比较  22-23
    3.1.3 CPLD的设计流程  23-24
  3.2 系统的硬件设计  24-32
    3.2.1 电动机的双闭环控制  24-25
    3.2.2 硬件的结构  25-26
    3.2.3 驱动电路的设计  26-28
    3.2.4 CPLD电路  28-29
    3.2.5 PLD_JTAG接口电路  29-31
    3.2.6 独立按键电路  31
    3.2.7 发光二极管电路  31-32
    3.2.8 电源电路  32
  3.3 伺服电机的控制电路  32-37
    3.3.1 伺服电机正反转控制原理  32-34
    3.3.2 伺服电机加减速控制(PWM控制)原理  34-36
    3.3.3 伺服电机调角度控制原理  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 系统的软件设计  38-52
  4.1 硬件描述语言VERILOG介绍  38-42
    4.1.1 概述  38-40
    4.1.2 Verilog的设计流程和设计方法  40-42
  4.2 QUARTUS Ⅱ集成环境介绍  42-43
  4.3 伺服电机的控制程序  43-49
    4.3.1 伺服电机的正反转控制及加减速控制程序  43-46
    4.3.2 伺服电机的正反转控制及调角度控制程序  46-49
  4.4 QUARTUS Ⅱ软件生成的效果图  49-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章 总结及展望  52-53
  5.1 总结  52
  5.2 展望  52-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
攻硕期间取得的研究成果  57

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 微电机 > 控制用微电机 > 伺服电机
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