FPGA在直流電機位置控制中的應用

在工作時(shí)鐘的作用下，驅動(dòng)模塊會(huì )不斷地檢測EN信號和stopinter信號是否有效，如果：EN有效，并且stopinter無(wú)效的時(shí)候，模塊的輸出 controi_outA，cont-orl_outB取決于電機控制輸入信號derect[1．．0]的狀態(tài)，當derect[1．．0]為“01” 時(shí)，control_outA輸出為“0”；control_outB輸出為“1”，表示控制電機反轉。當derect[1．．0]為“10”時(shí)， control_outA輸出為“1”；con-trol_outB輸出為“O”，表示控制電機正轉。驅動(dòng)控制模塊一旦檢測到stop信號有效， control_outA和control_outB的輸出都為“O”，表示控制電機剎車(chē)并停止。在EN和stop信號都無(wú)效的時(shí)候， control_outA和con-trol_outB的輸出都為“1”，表示對電機不做任何控制。
如圖4所示，當EN和stopinter信號都為“0”時(shí)，模塊的輸出control_outA，contorl_outB都為“1”，對電機不做任何控制。當EN信號變?yōu)椤?”時(shí)，表示電機開(kāi)始運動(dòng)，模塊的輸出control_outA為“O”，Contorl_outB為“1”，與direction [1．．0]中的值“01”相同，此時(shí)電機反轉。當stopinter信號變?yōu)椤?”時(shí)，模塊的輸出control_outA為“O”； contorl_outB也為“O”，此時(shí)電機剎車(chē)并停止。當EN信號為“1”，stopinter信號再次為“0”時(shí)，電機再次開(kāi)始運動(dòng)，模塊的輸出 control_outA為“1”；con-torl_outB為“0”，與direction[1．．O]中的值“10”相同，此時(shí)電機反轉。
1．2．3 延時(shí)模塊
圖4中，EN為延時(shí)的使能信號，也就是計數比較模塊的輸出信號stopinter；inclk為工作時(shí)鐘；stop為電機停止信號對外部的輸出信號。延時(shí)模塊(如圖5所示)的工作原理如下：當延時(shí)模塊檢測到stopinter信號為“1”時(shí)，模塊內的計數器開(kāi)始工作，計數器時(shí)鐘即模塊的工作時(shí)鐘10 kHz，當記滿(mǎn)300后，模塊輸出信號為“1”。延時(shí)模塊檢測到stopinter信號為“0”時(shí)，模塊內計數器不工作，模塊輸出信號為“0”。

當電機剎車(chē)時(shí)，由于存在慣性，電機不會(huì )立即停止，會(huì )有一段滑行的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，電機仍然會(huì )通過(guò)磁編碼器返回反饋脈沖，只是因為電機的轉速下降，反饋脈沖的頻率大大降低。當stopinter信號變?yōu)椤?”時(shí)，電機開(kāi)始剎車(chē)，如果此時(shí)立刻讀取feedback[15．．O]端口上的反饋脈沖數值，計算出電機所帶負載的位置，那么必然會(huì )丟失掉滑行過(guò)程中的反饋脈沖。這樣就會(huì )導致讀回的反饋脈沖數與實(shí)際電機返回的反饋脈沖數不相等，從而嚴重地影響控制精度，所以必須在stopinter信號變?yōu)椤?”后，延長(cháng)一段時(shí)間，確保電機停止不動(dòng)后，再給出STOPTEST信號，作為讀取反饋脈沖數值的有效信號，這時(shí)用讀回的反饋脈沖數值計算出負載的實(shí)際位置是準確的。
通過(guò)實(shí)驗，在電機以最高轉速運行時(shí)，讓電機剎車(chē)，用邏輯分析儀抓出反饋脈沖的波形，找出反饋脈沖頻率開(kāi)始突然下降直到反饋脈沖消失的那段時(shí)間，就是所需要的延時(shí)。通過(guò)反復進(jìn)行實(shí)驗，測試出這段時(shí)間為30 ms，其間的反饋脈沖個(gè)數為20個(gè)。因此把要控制的位移量換算成反饋脈沖的個(gè)數后，用這個(gè)值減去20作為比較模塊給定值，就可以抵消滑行過(guò)程中增加的20 個(gè)脈沖。這樣對電機的控制能夠達到一次到位，不需要進(jìn)行再次調節。延時(shí)模塊仿真圖如圖6所示。

2 結 語(yǔ)
現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)器件體積小、速度快、集成度高，能夠用硬件電路來(lái)實(shí)現算法。使用FPGA控制電機，能夠保證控制的實(shí)時(shí)性和可靠性。它作為一種有效的數字化控制方法必將廣泛地為人們所接受和使用。