基于FPGA的直流电机控制电路设计(2)
5.3 FPGA内部电路构成以及分模块详解 17
5.4 软件仿真结果分析 24
5.5 本章小结 25
6 硬件仿真数据记录 26
6.1 硬件系统的仿真 26
6.2 硬件仿真结果分析 26
6.3 本章小结 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 引言
随着电子科学技术的发展的计算机仿真、编程手段的提升，EDA（Electronic Design Automation）技术也随之大幅进步，进而发展了现场可编程门阵列（FPGA）的电机控制技术，这类控制技术的一大特点就是简化传统的电机控制系统，从而简化电路结构，使得设计过程变得简单，这样一来，FPGA被广泛的应用于电机控制系统之中。本文对作为整个电机系统的最核心结构——FPGA模块进行设计分析，且针对控制电路的PWM调速系统和硬件语言的程序编写、电机系统的仿真以及EDA实验室硬件机箱仿真等众多技术指标仿真项目进行了详细的分析讨论。
1.1 选题的背景
直流电机主要是由定子和转子结构两部分组成，可以实现直流电能与机械能之间的相互转换，是一种应用广泛、十分常见的能量转换装置。广泛的应用于众多领域——例如在交通运输产，工业生产行业，农业生产等行业。然而技术的进步必然伴随着淘汰和新生，旧时的仅能完成旋转功能的电机已经慢慢被淘汰，而现如今我们需要那些能够实现在极短的时间内完成如快速加速、快速减速或瞬时反转以及短时速停等控制功能集于一身的全新型高度控制电机。
直流电机的控制器是十分关键的器件，所以它的性能指标就显得尤为重要，硬件电路的科研人员通过多年的改进实验，确定了用直观、简单的数字控制器代替精度偏低的模拟控制器这一改进方案，这一方案的实施促使控制器的性能大幅提高。在控制器从模拟转化为数字之后，控制器的控制精度，抗外界干扰能力，可靠性，调参方便度都有了明显改善，对环境因素也不再敏感。
伴随着EDA技术的快速发展，可编程门阵列逐渐进入到研究者们的视线中，若电动机数字化，则可大大提高生产力，伴随着FPGA技术的成熟及运用的广泛性，数字化的生产效率得到了提高[1]。如今，市面上的绝大部分电子仪器或仪表设备等等电子器件都或多或少的使用到了FPGA技术，即可编程门阵列，涉及范围广泛，军用民用皆有，这是由于它本身的特性或优点而决定的——整体电路体积小，采用的硬件电路使用到了快速算法且用芯片级产品替换了体积大、成本高的板材料产品，由于使用了这种可观可靠的方案，设计者们成功的使系统的损耗值降到了最低，而且同时大大完善了电子仪器的各项性能和可靠性。老式的PWM控制电路大部分都存在一些缺点，例如：复杂的，庞大的电路设计和抗干扰能力，很难设计，设计周期长[2]。
由于电子技术的蓬勃发展，首当其冲的就是涉电类产品仪器的发展，其中，专用型集成电路（ASIC）技术从实现、试验到广泛运用，成功推广这一里程碑式的技术发展过程更是典型的发展实例。而高度数字化、自动化的硬件电子设计平台——EDA的问世更是掀起了整个硬件电子设计的历史高潮，引发了电子线路发展的新变革[3]。进而，纯粹的电路阶段的设计已经不能满足高度电子化的社会需求，所以硬件电路的编程语言的出现就是顺理成章且遵循了历史和事物发展基本规律的必然事件了，而此类编程语言的出现拓展了电子设计中本不具备的功能和特性，有效减少了传统电路原理图设计的许多不足。