FPGA实现直流电机速度闭环PID控制设计

"该文介绍了一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的直流电机速度闭环PID（Proportional-Integral-Derivative）控制系统设计。利用硬件描述语言，如Verilog，实现了对直流电机的精确速度控制，包括电机的加速、减速、恒速运行以及速度检测等功能。" 在基于FPGA的直流电机速度闭环PID控制中，系统主要包括以下几个模块： 1. **zldj_top模块**：这是整个系统的顶层模块，它接收来自外部的时钟（clk）、复位信号（rstn）、按键使能（key_en）、方向使能（dir_en）以及速度设定值（speed_rt），并输出PWM（Pulse Width Modulation）信号到电机的上下桥臂（pwm_U和pwm_D）。这个模块是整个系统运行的协调者。 2. **dir_ctrl模块**：该模块负责处理电机的正反转控制。根据输入的时钟、按键使能、复位信号、方向使能以及期望的PWM输出，决定pwm_U和pwm_D的值。当dir_en为高时，电机正转，pwm_U接收pwm_out信号，pwm_D为0；反之，电机反转，pwm_D接收pwm_out信号，pwm_U为0。 3. **speed_tr模块**：这是一个速度转换模块，用于将实际速度（speed_rt）转换为8位的实际速度输出（speed_act）。它内部有一个计数器speed_cnt，每当接收到速度设定值时，计数器加1，否则清零。实际速度act由计数器的值表示。 4. **pid模块**：PID控制器是速度闭环的核心，它根据当前实际速度（speed_act）与设定速度（speed_set）计算出误差，并根据PID算法生成控制信号。在这个例子中，参数speed_exp代表期望的速度值。PID控制器的输出会直接影响PWM信号，从而调整电机速度。 整个系统的运作流程如下： - 用户通过key_en和speed_rt设定电机运行方向和期望速度。 - zldj_top模块接收这些信号，经过dir_ctrl模块确定电机的正反转，并通过PID控制器调整PWM信号。 - PID控制器根据speed_tr模块提供的实际速度与设定速度的差异，计算出控制量，调整PWM脉冲宽度。 - PWM信号被送到电机的上桥臂和下桥臂，控制电机的转速，形成速度闭环。 这种基于FPGA的PID控制方法具有响应速度快、精度高等优点，适用于需要精确速度控制的直流电机应用，如自动化设备、机器人和精密定位系统等。