基于FPGA的三相混合式步进电机控制器软核
本发明公开了一种基于FPGA的三相混合式步进电机控制器软核，其采用数字正弦信号为调制波，数字等腰三角信号为载波信号的双极性SPWM调制方式，内部采用DDS系统作为正弦信号发生器，以及a、b、c三相分时复用乘法器和正弦数据表的电路结构，产生三相六路SPWM脉冲输出；通过调整频率控制字和分频系数实现细分控制和速度控制，通过地址分相模块实现转向控制；系统共有13个输入信号和7个输出信号，输入信号负责从上位机接收控制字信息，输出端负责为三相混合式步进电机的驱动系统输出三相六路SPWM控制信号；整个系统分为12个模块。本发明使得三相混合式步进电机的运行平稳性和定位精度得到了进一步的提高。
所谓IP核即Intellectual Property(知识产权)就是已经完成并进行验证过的复杂的模块。著名美国Dataquest咨询公司把基于半导体的IP定义为在专用集成电路ASIC或可编程逻辑器件FPGA/CPLD中的预先设计好的电路模块。IP核按照成果形式分为硬核、固核以及软核三种形式。
造成混合式步进电机失步的主要原因有两个：第一个是转子的转速比旋转磁场的速度低。也就是说，步进电机在开始启动时，如果输入脉冲信号的频率比较高，此时步进电机无法获得足够的能量，以至于旋转磁场的速度转子不能达到，所以会出现失步现象，每个步进电机都有启动频率，如果超过启动频率就会出现失步现象，启动频率并不是一个固定的值，我们可以通过改变启动频率来避免失步现象的出现，改变启动频率的方法有减小步距角和减小负载转动惯量；第二个是步进电机转子的平均速度比旋转磁场的速度快。在突然改变转子方向和制动的情况下会出现这种情况，这是因为步进电机的转子会获得过多的能量，而产生过冲，以至于出现失步现象。为了避免失步现象的发生，我们有以下的解决方法：
(1)减小步距角，也就是步距角细分技术；
(2)增强阻尼，将振动的振幅控制在动稳定区内；
(3)提高脉冲信号的频率，将它的触发时刻控制在动稳定区内
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王新刚
三河市燕郊开发区防灾科技学院
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