FPGA在直流電機位置控制中的應用

在工作時鐘的作用下，驅動模塊會不斷地檢測EN信號和stopinter信號是否有效，如果：EN有效，并且stopinter無效的時候，模塊的輸出 controi_outA，cont-orl_outB取決于電機控制輸入信號derect[1．．0]的狀態，當derect[1．．0]為“01” 時，control_outA輸出為“0”；control_outB輸出為“1”，表示控制電機反轉。當derect[1．．0]為“10”時， control_outA輸出為“1”；con-trol_outB輸出為“O”，表示控制電機正轉。驅動控制模塊一旦檢測到stop信號有效， control_outA和control_outB的輸出都為“O”，表示控制電機剎車并停止。在EN和stop信號都無效的時候， control_outA和con-trol_outB的輸出都為“1”，表示對電機不做任何控制。
如圖4所示，當EN和stopinter信號都為“0”時，模塊的輸出control_outA，contorl_outB都為“1”，對電機不做任何控制。當EN信號變為“1”時，表示電機開始運動，模塊的輸出control_outA為“O”，Contorl_outB為“1”，與direction [1．．0]中的值“01”相同，此時電機反轉。當stopinter信號變為“1”時，模塊的輸出control_outA為“O”； contorl_outB也為“O”，此時電機剎車并停止。當EN信號為“1”，stopinter信號再次為“0”時，電機再次開始運動，模塊的輸出 control_outA為“1”；con-torl_outB為“0”，與direction[1．．O]中的值“10”相同，此時電機反轉。
1．2．3 延時模塊
圖4中，EN為延時的使能信號，也就是計數比較模塊的輸出信號stopinter；inclk為工作時鐘；stop為電機停止信號對外部的輸出信號。延時模塊(如圖5所示)的工作原理如下：當延時模塊檢測到stopinter信號為“1”時，模塊內的計數器開始工作，計數器時鐘即模塊的工作時鐘10 kHz，當記滿300后，模塊輸出信號為“1”。延時模塊檢測到stopinter信號為“0”時，模塊內計數器不工作，模塊輸出信號為“0”。

當電機剎車時，由于存在慣性，電機不會立即停止，會有一段滑行的過程，在這個過程中，電機仍然會通過磁編碼器返回反饋脈沖，只是因為電機的轉速下降，反饋脈沖的頻率大大降低。當stopinter信號變為“1”時，電機開始剎車，如果此時立刻讀取feedback[15．．O]端口上的反饋脈沖數值，計算出電機所帶負載的位置，那么必然會丟失掉滑行過程中的反饋脈沖。這樣就會導致讀回的反饋脈沖數與實際電機返回的反饋脈沖數不相等，從而嚴重地影響控制精度，所以必須在stopinter信號變為“1”后，延長一段時間，確保電機停止不動后，再給出STOPTEST信號，作為讀取反饋脈沖數值的有效信號，這時用讀回的反饋脈沖數值計算出負載的實際位置是準確的。
通過實驗，在電機以最高轉速運行時，讓電機剎車，用邏輯分析儀抓出反饋脈沖的波形，找出反饋脈沖頻率開始突然下降直到反饋脈沖消失的那段時間，就是所需要的延時。通過反復進行實驗，測試出這段時間為30 ms，其間的反饋脈沖個數為20個。因此把要控制的位移量換算成反饋脈沖的個數后，用這個值減去20作為比較模塊給定值，就可以抵消滑行過程中增加的20 個脈沖。這樣對電機的控制能夠達到一次到位，不需要進行再次調節。延時模塊仿真圖如圖6所示。

2 結 語
現場可編程門陣列(FPGA)器件體積小、速度快、集成度高，能夠用硬件電路來實現算法。使用FPGA控制電機，能夠保證控制的實時性和可靠性。它作為一種有效的數字化控制方法必將廣泛地為人們所接受和使用。