2 步进电机的FPGA控制 2.1 步进电机的速度控制 在步进电机控制系统中,升速过程由突跳频率加升速曲线组成(减速过程反之)。突跳频率是指步进电机在静止状态时突然施加的脉冲频率fo必须小于启动频率fh,此频率不可太大,否则也会产生堵转和丢步。所以步进电机在启动时,必须有升速过程,在停止时必须有减速过程。在本控制系统中,根据FPGA的性能特点,变速曲线采用直线细分原理,控制效果较好。步进电机加速过程中的频率变化曲线如图4所示。对应于启动频率的上升,直线可以变化N个台阶,将频率细分为N个值,用来驱动步进电机平滑启动和停止,可防止失步和过冲现象。
2.2 步进电机的方向控制 方向控制模块的核心是脉冲分配电路,它有两个输入信号:一个是PWM信号构成的变频时钟,每输入一个PWM脉冲,脉冲分配器的四相输出时序将发生一次变化,从而使步进电机转动一步;另一个是方向控制信号,它的不同状态将使脉冲分配器产生不同方向的步进时序脉冲,从而控制步进电机的转动方向。根据四相八拍的控制方式,定子通电顺序为(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)。本系统采用了Mealy型状态机描述方法,状态取值依次是:SO=“0001”,S1=“0011”,S2=“0010”,S3=“0110”,S4=“10100”,S5=”110O”,S6=“1000”,S7=”1001”。按照控制时序的要求,用‘1’表示该绕组加电,‘0’表示该绕组断电。方向控制模块的状态流程图如图5所示。
3 结论 步进电机是一种易于精确控制的电机,由于其良好的性能而得到广泛应用,其控制方法也多种多样。本文介绍了在电机铁芯扭槽叠扣冲压控制系统中,使用FPGA控制步进电机的方法,该系统成本不高。通过编程方法,不但可以在一定范围内自由设定步进电机的转速,往返转动的角度以及转动次数等,而且还可以方便灵活地控制步进电机的运行状态,以满足不同用户的要求,简化了线路,降低了成本。 |