基于FPGA步进电机驱动系统在机器人中的应用

更新时间：2020-03-21 06:25:54 大小：8M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：fpga 步进电机 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）收藏评论(0) 举报

资料介绍

步进电机是自动控制系统和数字控制系统中广泛使用的执行元件。但由于转动不够平稳，对系统的正常运行会产生不良影响，因此改善步进电机的动态性能，对保证系统的可靠运行非常重要。

在实际应用中，尤其在要求快速响应的控制系统中，如何保证步进电机在频繁启停、频率发生突变的高速运转过程中不发生堵转和失步是一个关键问题。步进电机的速度控制曲线的选择，不但影响电机运行的升降速度，还影响整个系统的平稳性、运行噪声和定位精度。因此，选择合理的升降速曲线对整个系统的正常运行非常重要。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是基于查找表的结构模块，它的特点是直接面向用户，具有极大的灵活性和通用性，非常适合于实现寄存器用量大的设计。结合步进电机的控制原理，本课题研究了一种基于FPGA的步进电机的新型控制方法。

论文采用符合电机矩频特性的理想速度曲线来控制步进电机的升降速运动，曲线方程是由步进电机的动态特性分析得出的，能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性能较好，升降速时间短，有效避免了电机失步和丢步。在FPGA环境中建立了脉冲发生器模型，并对设计进行了仿真验证，结果表明设计基本符合期望。

结合细分驱动方式，使步进电机运行精度更高。建立了基于FPGA的四相步进电机驱动电路，并对电路进行了功能验证，由仿真结果可看出设计的合理性。

采用基于FPGA的设计，当系统的部分功能需要改变时，只需修改相关的程序，简单易行。克服了传统的设计中采用单片机进行控制，将相关数据存储在EPROM中，当存储数据较多时，会造成电路结构复杂，系统可靠性差，且单片机负担过重等缺点。系统的实时性更强。

最后，对所设计的步进电机驱动电路进行了实验，设计了以步进电机为驱动元件的机器人关节控制系统，进行了了机器人单自由度关节控制实验，并对结果进行了分析。

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