1、EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告直流電機(jī)的PWM調(diào)速、概述直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速范圍廣；過載能力大， 能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過程 自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求。電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制， 是電氣傳動(dòng)發(fā)展的主要方向之一。采用微機(jī)控制后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，操作維護(hù)方便，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水 平，靜動(dòng)態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動(dòng)的要求。由于 CPLD/FPGA性能優(yōu)越，具有較佳的性能價(jià)格比，所以在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得 到日益廣泛的應(yīng)用。PWM調(diào)速系統(tǒng)與可控整流

2、式調(diào)速系統(tǒng)相比有下列優(yōu)點(diǎn)：由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的 開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好； 同樣，由于開關(guān)頻率高，快速響應(yīng)特性好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)，可以獲得很寬的 頻帶；開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率高。二、PWM調(diào)速的原理圖（1）圖（1）是全橋型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，利用的是三極管的電流放大來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。從 圖上我們可以看到當(dāng)Q4和Q3導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)Q1和Q2導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)反 轉(zhuǎn)。設(shè)電機(jī)速度從靜止開始加速，如圖（2）所示，首先Q3, Q4必須維持導(dǎo)通一段 時(shí)間，此時(shí)電機(jī)所承受的電壓約為供電電壓U，稱之為強(qiáng)加速。待速度接近目標(biāo) 速度時(shí)，加速可以減緩，

3、此時(shí)Q3, Q4和Q1, Q2輪流導(dǎo)通，只是Q3, Q4在一個(gè)周期內(nèi)所導(dǎo)通的時(shí)間ton比Q1，Q2導(dǎo)通的時(shí)間toff長(zhǎng)一些，在此稱為弱加速。任何時(shí)刻，電機(jī)所承受的平均電壓U。，表示為U = UX(t -tff)( t n+tff)o如果速 OOon off on off度已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)，便可以調(diào)整toff和ton的時(shí)間比例使之相等，此時(shí)平均電壓為0， 是定速控制。由此可知，平均電壓若為正值時(shí)，是加速控制；負(fù)值時(shí)是減速控制； 為零時(shí)即達(dá)到勻速。三、程序的設(shè)計(jì)在整個(gè)程序設(shè)計(jì)中，我們可以把他分成幾個(gè)部分1、 PWM波形的產(chǎn)生LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.AL

4、L;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY PWM ISPORT ( CLK : IN STD_LOGIC;U_D ,D_D: IN STD_LOGIC;CQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END PWM;ARCHITECTURE ONE OF PWM ISSIGNAL CQI : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK = 1 THENIF U_D = 1AND D_D = 0 THENIF CQI = 255 T

5、HEN CQI = 11111111;ELSE CQI = CQI + 1;END IF;ELSIF U_D = 0AND D_D = 1 THENIF CQI=0 THEN CQI = 00000000;ELSE CQI= CQI-1;END IF;ELSE CQI = CQI;END IF;END IF;END PROCESS;CQ = CQI;END PROCESS ;END ONE;上述程序中，一個(gè)PWM周期由256個(gè)時(shí)鐘周期clk組成。通過U_D和D_D來改 變一個(gè)周期中PWM周期中高低電平的比值，即PWM輸出信號(hào)的占空比。驅(qū)動(dòng) 直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的是PWM電流的平均值，PWM輸出信號(hào)的占

6、空比變化，也就改 變了直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。U_D表示增加占空比；D_D表示減少占空比。下面四幅仿真圖表示的是四種狀態(tài)：當(dāng) U_D=1，D_D=0 時(shí) CQ 增加；當(dāng) U_D=0，D_D=1 時(shí) CQ 減少；當(dāng) U_D=1，D_D=1 時(shí) CQ 不變；當(dāng) U_D=0，D_D=0 時(shí) CQ 不變；程序的仿真圖為：需 r - .k?$bepwm - pwm.sd - Vffnrnr Editor-MAX+plusUj Rle Edit View Node Utiltfes Optfons Window HeWHEN 0001=WHEN 0010=WHEN 0011=WHEN 0100=WHEN 0101

7、=WHEN 0110=WHEN 0111=WHEN 1000=WHEN 1001=WHEN 1010=WHEN 1011=WHEN 1100=WHEN 1101=WHEN 1110=WHEN 1111= WHEN OTHERS = END CASE ;END PROCESS ;END ;LED7S= 0111111;LED7S= 0000110;LED7S= 1011011;LED7S= 1001111;LED7S= 1100110;LED7S= 1101101;LED7S= 1111101;LED7S= 0000111;LED7S= 1111111;LED7S= 1101111;LED7S=

8、 1110111;LED7S= 1111100;LED7S= 0111001;LED7S= 1011110;LED7S= 1111001;LED7S= 1110001;NULL ;這個(gè)程序是7段數(shù)碼管的顯示程序，改程序中沒有考慮數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)（h段)。如果需要添加段 h，則程序中 LED7S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)的(6 DOWNTO 0)改為(7 DOWNTO 0)。四、體會(huì)這次的課程設(shè)計(jì)是當(dāng)做期末考試來算的，所以從一開始選題的時(shí)候就開始比較 重視，是做交通燈，流水燈還是汽車尾燈這些比較經(jīng)典的設(shè)計(jì)呢？還是作別的？ 我自己一開始也很矛盾。后來考慮到

9、自己最近在做電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方面的東西，所以 想想可不可以用VHDL來實(shí)現(xiàn)。所以就選擇了這個(gè)題目。選擇了這個(gè)題目后，一開始信心還是滿足的。因?yàn)閷?duì)于一些硬件的電路我還 是比較熟悉的?？墒呛髞戆l(fā)現(xiàn)問題還是蠻多的，有些問題到現(xiàn)在還不知道怎么解 決，所以這次的課程設(shè)計(jì)也許就不是很完美了。在我一開始的預(yù)想中，打算使用 PWM來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，然后用光電編碼電路來測(cè)出實(shí)時(shí)的速度，通過反饋來調(diào)節(jié)PWM 控制電機(jī)。對(duì)于這個(gè)思路，我是比較有信心的，因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)上我實(shí)踐過很多 次了。但是在實(shí)際的操作過程中，由于本身對(duì)于VHDL語言的不熟悉，有些在C 語言中的編程方法不知道怎么運(yùn)用到VHDL語言中去。還有一個(gè)比較大的問題是，

10、我不知道如何在MAXPLUS中檢測(cè)電機(jī)的實(shí)時(shí)速度，考慮到可以通過給定值，但是 這個(gè)速度又是通過電機(jī)來實(shí)時(shí)改變的，所以在這個(gè)問題上也有些迷茫。如果說通 過給定一個(gè)實(shí)時(shí)速度，通過PWM的改變來使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變達(dá)到目標(biāo)值，我個(gè) 人認(rèn)為也就失去了連續(xù)性，也就失去了閉環(huán)的作用，而且該場(chǎng)景完全可以通過于 動(dòng)的控制PWM的值來模擬。鑒于上面的一些問題，也考慮到時(shí)間的問題，所以我沒有把速度閉環(huán)，通過 手動(dòng)的調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。對(duì)于這個(gè)方案，自己也覺得比較簡(jiǎn)單，但 是我也認(rèn)為本次的課程設(shè)計(jì)沒有結(jié)束，對(duì)于我一開始的思路，我也一直在想辦法 努力去實(shí)現(xiàn)。對(duì)于通過手動(dòng)調(diào)節(jié)占空比的程序，原型來自于書本上的一個(gè)示例程序，但是 基本上把主程序給改了，對(duì)于原程序中的功能實(shí)現(xiàn)有了很大的改變。首先是在分 級(jí)上，我選了 256級(jí)得，其次是在原程序中通過U_D的兩個(gè)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)占空比的 增大和減少，這種方法在實(shí)際操作中會(huì)使得電機(jī)的占空比一直在改變。所以我改 進(jìn)了程序，加入了一個(gè)D_D的按鈕，通過與U_D組合形成四個(gè)狀態(tài)，完全能夠滿 足電機(jī)運(yùn)行的幾種狀態(tài)。對(duì)于譯碼程序，如果硬件電路中含有譯碼器的話就完全 沒有必要了，直接映射過去就可以了，如果沒有