基于ＦＰＧＡ的可控轉速ＩＰ核設計

摘要：根據步進電機的運動特性，設計出一種基于FPGA的通用、可控、高精度轉速發生器IP內核。

關鍵詞：步進電機；FPGA；轉速發生控制器

引言

步進電機廣泛應用于經濟型數控機床，包裝、雕刻、環保等機電一體化產品中。步進電機結構簡單、控制方便但如何實現高速、高精度的定轉數和定轉速控制一直是一個未完全解決的課題。步進電機的轉速范圍一般在200-1500轉／分，過低或過高會由于磁共振而出現失步現象，這就降低了步進電機運行的準確性和可靠性。傳統的電機控制也往往由于在低速時間過長出現失步現象，或者無法提高電機的轉速而不得不增加變速裝置。

步進電機速度控制是靠輸入的脈沖信號的變化來改變的，每給驅動器一個脈沖(cP)，步進電機就旋轉一個步距角，但是實際上，如果脈沖CP信號變化太快，步進電機由于慣性將跟隨不上電信號的變化，這時會產生堵轉和丟步現象，所以步進電機在啟動時，必須有升速過程，在停止時必須有降速過程。

解決的方法就是在電機的磁共振頻率附近改變觸發脈沖的頻率，從而避免發生磁共振現象。通過多級脈沖頻率和脈沖計數的方法來實現高精度、可靠的電機控制，并通過內部狀態地址鎖存的方式來實現電機控制的可觀性、可控性。

IP內核設計

本設計以Atmel公司的10K系列FPGA為底層，搭建一個高精度、可控、可觀測的轉速發生器內核，設計成一個RAM的形式，可自主設定最高轉速、轉數、升降快慢，可實時回讀當前轉速、轉數，可控制電機啟動、停止。……