基于CPLD的步进电机升降速控制方法

摘要

步进电机(Stepper Motor),因为具有精确定位的特点而在工业控制领域拥有广泛的应用。论文以反应式步进电机为研究对象,以EDA技术为平台,运用硬件描述语言VHDL,对步进电机在升降速阶段的速度控制进行了研究。
　　 论文首先回顾了步进电机的发展现状,步进电机传统的控制系统存在一定的局限性,一方面体现在所用硬件上。另一方面,在软件实现上也存在加减速阶段容易出现失步和过冲等现象,造成了步进运动的不精确,基于这两方面,确立了本研究的方向。接着介绍了EDA技术及其开发工具的发展历程和各自的主要特点,随后又对步进电机的基本知识和可编程逻辑器件(主要是Xilinx公司的产品)的原理做了详细的介绍,为研究课题提供了完整的理论依据。
　　 基于上述理论,在对步进电机加减速运动规律做了深入了解后,本设计提出了一种脉冲连续可调的产生方法,也就是脉冲合成的方式。这种方式产生的脉冲精确、合理,将其应用到步进电机指数型运行曲线上,得到了比较理想的脉冲输出方案。编程语言选择的是硬件描述语言VHDL,所以可以称为软件硬化的设计方式。设计中采用的硬件设备是复杂可编程逻辑器件CPLD,内部资源丰富和具有ISP(在系统编程)的特点为设计带来了极大的灵活性。整个系统采用模块化的设计思想,增加了程序的可读性和可维护性。对每个模块,都给出了详细的设计程序,随后的仿真也证实了设计的正确性。全数字化的控制方案,使系统显得格外紧凑、可靠,且调试也变得很方便。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 引言

1.2 步进电机驱动控制的国内外发展现状

1.3 电子设计自动化的发展

1.3.1 可编程逻辑器件的开发工具与EDA技术

1.3.2 基于EDA技术的电子系统设计方法

1.4 本论文的主要工作

2 步进电机及其速度控制原理

2.1 步进电机基本原理

2.1.1 步进电机的原理

2.1.2 励磁方式

2.1.3 步进电机的动态指标

2.1.4 步进电机的分类

2.2 步进电机运行特性

2.2.1 静态距角特性

2.2.2 步进距角特性

2.2.3 连续运行特性

2.3 步进电机常用升降速控制理论介绍

2.3.1 直线型速度时间曲线控制理论

2.3.2 指数型速度时间曲线控制理论

2.3.3 S型速度时间曲线控制理论

3 复杂可编程逻辑器件-CPLD

3.1 可编程逻辑器件的发展历程

3.2 Xilinx CPLD

3.2.1 CPLD的基本结构与实现原理

3.2.2 CPLD的性能选用

3.2.3 复杂可编程逻辑器件CPLD的特点

3.3 VHDL编程中的注意问题

4 基于指数型曲线的升降速控制方法研究

4.1 指数型升降速曲线的理论推导过程

4.2 任意频率脉冲产生方法的实现

4.3 基于VHDL语言实现设计

4.3.1 脉冲产生部分的设计

4.3.2 脉冲控制部分的设计

4.3.3 顶层模块仿真结果

5 设计实现与调试分析

5.1 系统实现流程

5.2 设计综合与报告文件分析

5.3 设计调试

5.4 实验结果分析

6 总结与展望

参考文献

致谢

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