基于FPGA的步進電機優化控制方案

該控制系統中采用總線控制方式，利用片選信號依次控制4路PWM鎖存器的通斷，這樣可以簡化硬件電路和軟件設計。以A相控制為例，當片選A為高電平而其他幾路片選為低時，A路PWM鎖存器工作而其他幾路PWM鎖存器休眠。根據公式(8)計算出細分的電流分配系數，進而轉化成控制PWM信號的占空比，同時開通幾路鎖存器，通過鎖存器輸出驅動步進電機。

3 步進電機細分控制軟件的設計

本設計中采用QuartusⅡ軟件開發平臺和Verilog設計語言進行控制軟件的設計。系統中需要在FPGA內利用線性反饋移位寄存器(Linear Feedback Shift Registers)來實現隨機數的產生，控制步進電機的隨機取樣轉動，本系統中最核心的PWM控制模塊設計如下：

4 系統測試

系統設計完成后，對整個系統進行測試和檢驗。PWM控制系統的仿真結果如圖5所示，觀察仿真輸出波形可知控制脈沖輸出正確。將程序固化到FPGA硬件中之后，將被控的四相反應式步進電機連接上，并通過串口將FPGA與上位機相連，由上位機輸出命令控制步進電機的轉速、轉向、轉動角度等。

5 結語

驗證結果表明，該控制系統實現了步進電機等步距角的16級細分，并通過人機交互實現了任意改變各相順序的主要技術指標，控制精度高，可靠性強。