FPGA在直流電機(jī)位置控制中的應(yīng)用

在工作時(shí)鐘的作用下，驅(qū)動(dòng)模塊會(huì)不斷地檢測(cè)EN信號(hào)和stopinter信號(hào)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(jī)控制輸入信號(hào)derect[1．．0]的狀態(tài)，當(dāng)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(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)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(jī)正轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)控制模塊一旦檢測(cè)到stop信號(hào)有效， control_outA和control_outB的輸出都為“O”，表示控制電機(jī)剎車并停止。在EN和stop信號(hào)都無(wú)效的時(shí)候， control_outA和con-trol_outB的輸出都為“1”，表示對(duì)電機(jī)不做任何控制。
如圖4所示，當(dāng)EN和stopinter信號(hào)都為“0”時(shí)，模塊的輸出control_outA，contorl_outB都為“1”，對(duì)電機(jī)不做任何控制。當(dāng)EN信號(hào)變?yōu)椤?”時(shí)，表示電機(jī)開(kāi)始運(yùn)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(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)stopinter信號(hào)變?yōu)椤?”時(shí)，模塊的輸出control_outA為“O”； contorl_outB也為“O”，此時(shí)電機(jī)剎車并停止。當(dāng)EN信號(hào)為“1”，stopinter信號(hào)再次為“0”時(shí)，電機(jī)再次開(kāi)始運(yùn)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(jī)反轉(zhuǎn)。
1．2．3 延時(shí)模塊
圖4中，EN為延時(shí)的使能信號(hào)，也就是計(jì)數(shù)比較模塊的輸出信號(hào)stopinter；inclk為工作時(shí)鐘；stop為電機(jī)停止信號(hào)對(duì)外部的輸出信號(hào)。延時(shí)模塊(如圖5所示)的工作原理如下：當(dāng)延時(shí)模塊檢測(cè)到stopinter信號(hào)為“1”時(shí)，模塊內(nèi)的計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘即模塊的工作時(shí)鐘10 kHz，當(dāng)記滿300后，模塊輸出信號(hào)為“1”。延時(shí)模塊檢測(cè)到stopinter信號(hào)為“0”時(shí)，模塊內(nèi)計(jì)數(shù)器不工作，模塊輸出信號(hào)為“0”。

當(dāng)電機(jī)剎車時(shí)，由于存在慣性，電機(jī)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(jī)仍然會(huì)通過(guò)磁編碼器返回反饋脈沖，只是因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速下降，反饋脈沖的頻率大大降低。當(dāng)stopinter信號(hào)變?yōu)椤?”時(shí)，電機(jī)開(kāi)始剎車，如果此時(shí)立刻讀取feedback[15．．O]端口上的反饋脈沖數(shù)值，計(jì)算出電機(jī)所帶負(fù)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(dǎo)致讀回的反饋脈沖數(shù)與實(shí)際電機(jī)返回的反饋脈沖數(shù)不相等，從而嚴(yán)重地影響控制精度，所以必須在stopinter信號(hào)變?yōu)椤?”后，延長(zhǎng)一段時(shí)間，確保電機(jī)停止不動(dòng)后，再給出STOPTEST信號(hào)，作為讀取反饋脈沖數(shù)值的有效信號(hào)，這時(shí)用讀回的反饋脈沖數(shù)值計(jì)算出負(fù)載的實(shí)際位置是準(zhǔn)確的。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在電機(jī)以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，讓電機(jī)剎車，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(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試出這段時(shí)間為30 ms，其間的反饋脈沖個(gè)數(shù)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(shù)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(duì)電機(jī)的控制能夠達(dá)到一次到位，不需要進(jìn)行再次調(diào)節(jié)。延時(shí)模塊仿真圖如圖6所示。

2 結(jié) 語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(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(xiàn)算法。使用FPGA控制電機(jī)，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(shù)字化控制方法必將廣泛地為人們所接受和使用。