基于FPGA的步进电机细分驱动与控制技术研究

本篇硕士学位论文深入探讨了基于FPGA的步进电机细分驱动系统的设计与研究。作者刘梦亭，专业为系统工程，导师为谷爱昱，于广东工业大学完成这项工作。步进电机作为机电元件，因其易于开环控制和无累积误差的特点，在精密定位和运动控制领域表现出广泛应用。细分驱动技术旨在提高电机的精度和运行平稳性。 论文的核心内容聚焦在FPGA控制策略上。通过对两相混合式步进电机的工作原理和电磁模型分析，作者提出了基于FPGA的脉宽调制(PWM)细分驱动技术。这种技术利用FPGA产生阶梯脉冲，控制步进电机各相绕组的电压，进而实现步进电机转角的精细控制，达到256细分。 在硬件设计上，作者选择了Xilinx公司的XC2S15 FPGA作为设计平台，采用硬件描述语言VHDL进行开发。他们设计了一种创新的脉冲分配器，利用FPGA内部的ROM存储器存储PWM波形数据，通过地址选择实现了不同通电方式下的可变步距细分，实现了多台步进电机的多重细分驱动控制。 值得一提的是，论文解决了单片机I/O口有限的问题，通过FPGA的用户自定义I/O接口与单片机P89V53RB2配合，实现了多台步进电机的细分驱动和调速控制。这样做的优势在于简化了外围硬件电路结构，提升了系统的抗干扰性能，并显著减少了设计周期。 该系统的一大亮点是无需外接D/A转换器，这不仅降低了系统的复杂性，而且提高了系统性能。整个设计具有结构简洁、控制精度高以及广泛的应用潜力，对于提升步进电机驱动器的技术水平和实用性具有重要意义。 关键词：步进电机、FPGA、细分驱动、PWM技术，充分体现了这篇论文在当前工业自动化和精密控制领域的价值。