基于FPGA的無刷直流電機調速系統設計與實現

3.2 PWM調速仿真

如波形仿真圖8可知，當電機的速度小于設定值時，計數器數字比較器輸出高電平，從而使計數器計數增加，PWM輸出為高電平，改變占空比，使電機加速;當電機的速度大于設定值時，計數器數字比較器輸出低電平，從而使計數器計數減小，PWM輸出為低電平，改變占空比，使電機減速;Z_F是電機的方向按鍵，Z_F為1時電機正轉，Z輸出為1;Z_F為0時電機反轉，F輸出為1;START為電機控制端，START為1電機工作，為0電機停止，Z、F均為0。

在時鐘脈沖的作用下，計數器CNTA和CNTB都能按照事設定數值進行計數。CNTA是可控的加減計數器，U_D控制其計數的方向，EN1用于設定其初值，當EN1由高電平變為低電平時，就完成了設定值。CNTB是5位二進制計數器，在時鐘脈沖CLK0的作用下一直加數，當它加到32時就自動返回到0再重新加數。兩路計數器同時加到數字比較器COMPARE上，當CN TB的值小于設定值時，數字比較器輸出高電平，當CNTB的值大于設定值時，數字比較器輸出低電平。改變設定值的大小就可以改變PWM波形的大小，也就是完成了電機的調速。Z_ F是電機的方向控制按鍵，選擇PWM波形的進入方向，當其為1時，電機正轉，為0電機反轉。至于電機的控制，是在它的輸入端加上兩個與門來控制電機的啟動與停止。當按下鍵Z_F鍵，電機正轉，松開鍵時，電機反轉。當按下鍵START時，電機開始工作，松開時，電機停止工作。通過按鍵EN1的閉合與斷開可以改變H[4.0]的值，從而改變直流電機的PWM占空比，這樣就可以改變直流電機速度。

4 結論

通過在理論上對無刷直流電機調速系統電路設計、分析，以及軟件的編程，并對軟件和硬件進行調試后，實現了一個以FPGA為核心控制器的無刷直流電機的調速，這個系統能夠實現檢測電機的電流和轉子位置和自動調節電機的轉速且可以實現控制電機正反轉。該系統整個系統運行時鐘頻率可達到100 MHz以上，控制器可以使控制周期達縮短到40 μs，并且具有良好的動態和靜態性能，整個系統具有控制簡單，操作方便的特點。