FPGA_ASIC-基于FPGA的电机负载位置测量仪实现方案.pdfVIP

基于FPGA 的电机负载位置测量仪实现方案 黄 剑 方康玲 廖得元 （武汉科技大学信息与工程学院，武汉，430081 ） 摘 要：本文提出一种电机负载位置测量仪的实现方案，其主要功能由 FPGA 实现，能实 时测量和显示电机负载的运动状态和位置，具有精度高，工作可靠的特点，有一定的通用性。 关键词：电机负载；FPGA ；位置测量 中图分类号:TP336 ；文献标识码:A Realization project of Position Measuring Instrument for Motor Load Based on FPGA Huang Jian Fang Kangling Liao Deyuan （College of Information Science and Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, China, 430081 ） Abstract: This paper proposes a realization project of position measuring instrument for motor load whose main function is realized by FPGA. It can measure and display the motion state and position in real-time with high precision and reliability. Furthermore, this project has generality in application. Keywords: Motor Load; FPGA; Position Measuring 1. 概述 工业现场中存在着大量的位置随动系统，它们的根本任务就是实现执行机构对位置的准 确跟踪。在大多数场合，系统的执行机构是电机，其被控制量是负载的空间线位移。由于生 产效率和生产安全的需要，往往必须知道电机负载的准确位置，因此对电机负载位置的准确 测量有着广泛的实际意义。 本文提出一种基于 FPGA 的高精度的实时的电机负载位置测量方案。系统采用脉冲计 数方式进行工作，核心硬件电路都由 FPGA 实现。由于 FPGA 有可再配置能力，该设计方 案可以根据具体需要进行方便的修改和扩展，具有一定的通用性。此外该设计方法与传统的 单片机实现方法相比，有响应快，精度高的优点，特别是由于 FPGA 的并行工作特性，可 以避免出现程序跑飞和死机现象，大大提高了系统的稳定性和可靠性。 2. 系统结构及工作原理 对于由电机拖动的负载来说，负载的位移变化与其控制电机的转向和旋转圈数之间存在 着一个固定的数学关系。通过对具体应用环境的分析，我们可以建立一个关系模型对其进行 转换。为了对负载位置进行方便的检测，我们在控制电机的主轴上同心固定一个旋转式编码 器，用于确定控制电机的转向和旋转的圈数。此外，脉冲信号的处理和所有建模所涉及的运 算转换都由 FPGA 单独实现。因此，编码器采集的脉冲信号可以直接送入 FPGA 中进行计 数，然后通过 FPGA 来完成脉冲到位移的换算，并将电机负载的实际位置显示出来。 如图 1 所示，本位置测量系统的结构非常简单，主要由检测信号输入，FPGA ，实时显 示三个部分组成。 图 1 系统结构图 位置检测信号由安装在控制电机转轴上的旋转式编码器产生，每转一圈，编码器产生固 定数量的脉冲数。在实际应用中，可以根据不同的测量精度要求来选择相应分辨率的旋转编 码器。此外，FPGA 有丰富的 IO 接口，我们可以方便的用 LED 或 LCD 对电机负载位置进 行显示。 3. 软件设计 在本方案中，FPGA 的软件设计实际上是一个硬件实现软件化的过程。因此，系统工作 时实际上并没有软件的参与，这保证了系统的稳定性。本方案的软件设计采用原理图和 VHDL 语言混合输入方式，以便于对自顶而下设计