FPGA实现的直流电机 PWM 控制系统设计与仿真

本文档探讨了"基于FPGA的直流电机转速控制系统设计"这一主题。研究者刘雪薇、李志俊等人，来自武汉理工大学自动化学院，针对直流电机在各种应用领域如航天、航空、汽车、医疗器械和数控机床中所表现出的高效、小型化和节能等特点，提出了一种创新的控制解决方案。他们利用现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制器，采用Verilog HDL硬件编程语言来设计FPGA内部的硬件电路，实现了增量式PID控制算法和直流电机脉宽调制(PWM)控制器。 PID控制器是一种常用的控制策略，它能有效调整电机的速度和位置，确保电机运行的稳定性和准确性。脉宽调制(PWM)则是一种广泛应用在电机驱动中的技术，通过改变脉冲宽度来调节电流，进而控制电机转速。本文设计的系统结合了FPGA的灵活性和数字化优势，避免了传统模拟控制系统的复杂性和误差，以及MCU受限于硬件架构的问题。 通过Modelsim仿真验证，该系统能够有效地生成PWM控制信号，实现对直流电机转速的精确控制。相较于模拟元件和MCU，FPGA的优势在于其能实现更复杂的控制算法，减少外围电路的复杂性，提高系统的稳定性和抗干扰能力。此外，FPGA的可编程特性使得设计过程更加便捷，能够进行在线修改和升级，这对于快速响应市场需求和技术迭代具有重要意义。 这篇论文不仅介绍了基于FPGA的直流电机控制技术的应用，还强调了这种技术在提升电机控制性能、简化设计流程、降低成本和提高系统可靠性方面的重要作用。这标志着在电机控制领域，FPGA作为一种新兴技术，正在逐步替代传统的控制手段，展现出广阔的发展前景。