基于FPGA的电机闭环控制器的制作方法

本实用新型涉及一种电机控制装置，尤其涉及一种基于FPGA的电机闭环控制器。

背景技术：

现有的电机控制器处理速度较慢，控制精度较低，从而导致电机运行不够平稳，抗干扰能力较差。同时其应用方式不够灵活，不能方便地与各类总线及设备连接。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的基于FPGA的电机闭环控制器。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种速度快、精度高、抗干扰能力强且应用灵活的基于FPGA的电机闭环控制器。

本实用新型的基于FPGA的电机闭环控制器，包括采样电路、驱动电路、编码器，所述采样电路的输入端与电机的电输出端连接，所述驱动电路的输出端与电机的电输入端连接，所述编码器的输入轴与电机的输出轴连接，还包括FPGA芯片，所述FPGA芯片内部设有NIOS II软核，所述NIOS II软核包括电流闭环模块、速度闭环模块和位置闭环模块，所述FPGA芯片内部通过硬件编程语言编程有AD模块、PWM发生模块和鉴相计数模块，所述AD模块的输入端与采样电路的输出端连接，AD模块的输出端与电流闭环模块的输入端连接，所述编码器的输出端与鉴相计数模块的输入端连接，所述鉴相计数模块的输出端与位置闭环模块的输入端连接，所述位置闭环模块的输出端与速度闭环模块的输入端连接，所述速度闭环模块的输出端与电流闭环模块的输入端连接，所述电流闭环模块的输出端与PWM发生模块的输入端连接，所述PWM发生模块与驱动电路的输入端连接。

进一步的，本实用新型的基于FPGA的电机闭环控制器，所述FPGA芯片内部编程有通信模块和存储模块，所述通信模块和存储模块分别与NIOS II软核连接。

进一步的，本实用新型的基于FPGA的电机闭环控制器，所述通信模块为CAN总线通信模块或网络通信模块。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：本实用新型的基于FPGA的电机闭环控制器使用FPGA做处理器控制电机，处理速度快，可以大大提高位置闭环、速度闭环、电流闭环控制频率，因此提高控制精度，电机运行更平稳，抗负载变化干扰能力更强。同时FPGA灵活与可任意配置，且为并行处理，可以接网络接口、CAN总线接口、串口等其他外设，并不影响电机运行。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型基于FPGA的电机闭环控制器的结构框图；

图2是本实用新型基于FPGA的电机闭环控制器的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参见图1至图2，本实用新型一较佳实施例的一种基于FPGA的电机闭环控制器，包括采样电路、驱动电路、编码器，采样电路的输入端与电机的电输出端连接，驱动电路的输出端与电机的电输入端连接，编码器的输入轴与电机的输出轴连接，还包括FPGA芯片，FPGA作为主芯片，内部嵌入NIOS II软核1，通过硬件描述语言完成AD模块2，PWM发生模块3，鉴相计数模块4，通信模块5，外部有采样电路7，驱动电路8，编码器9，共同完成电机10的控制，其中NIOS II软核1主要负责闭环计算，计算结果为PWM占空比大小，输出给PWM发生模块3，由其具体完成PWM波形的产生，产生的PWM信号通过驱动电路8放大控制电机10转动，电机10连接编码器9，电机10转动编码器9也随之转动，编码器输出信号通过鉴相计数模块4判断电机转动方向，读取编码器数据，并将结果传递给NIOS II软核1，NIOS II软核1以此为电机当前位置，将电机当前位置与电机当前目标位置的偏差作为位置闭环的输入，电机当前目标位置为根据电机最终目标位置进行梯形速度规划得到，梯形速度规划方法为根据当前速度和位置确认电机处在加速段、匀速段还是减速段，再计算出电机当前目标位置。最终目标位置可通过通信模块5进行配置，配置结果可以保存在储存模块6中，每次上电时，NIOS II软核1从储存模块6中读取电机最终目标位置，最大速度，加速度等信息。当电机当前位置与电机最终目标位置的偏差小于误差允许值，则最终目标位置更改为下一目标位置，从而电机10实现按照预定轨迹运行，也可通过通信模块更改最终目标位置实现电机控制运行。位置闭环的结果作为目标速度，根据编码器计算得到的当前速度，当前速度与目标速度的偏差作为速度闭环的输入进行计算，计算结果作为目标电流，通过采样电路7采集电机电流，并将电流转化为电压信号，通过AD模块将电压信号转化为数字信号，结果作为电流当前值，当前电流与目标电流的偏差进行电流闭环，计算结果为PWM占空比大小。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。