[發明專利]一種基于現場可編程門陣列的直流電機速度控制系統

在審

• 申請號: 201610700062.2
• 申請日: 2016-08-23
• 公開（公告）號: CN107786135A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 葛麗;胡玉芳;王帥
• 申請（專利權）人: 葛麗
• 主分類號: H02P7/29
• 分類號: H02P7/29
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及單片機技術領域，具體涉及一種基于現場可編程門陣列的直流電機速度控制系統。

背景技術

電機是使機械能與電能相互轉換的機械，直流發電機把機械能變為直流電能；直流電動機把直流電能變為機械能。

歷史上，最早的電源是電池，只能供應直流電能，所以直流電機的發展比交流電機早，后來交流電機發展比較快，這是因為交流電機與直流電機相比有許多優點，如易生產、成本低、能做到較大的容量等。目前電站的發電機全都是交流電機；用在各行各業的電機，大部分也是交流電機。然而，直流電機目前仍有相當多的應用。

直流電機有以下幾方面的優點：

(1)調速范圍廣，且易于平滑調節；(2)過載、啟動、制動轉矩大；(3)易于控制，可靠性高；(4)調速時的能量損耗較小。所以，在調速要求高的場所，如軋鋼機、輪船推進器、電車、電氣鐵道牽引、高爐送料、造紙、紡織拖動、吊車、挖掘機械、卷揚機拖動等方面，直流電機均得到廣泛的應用。

直流電機用作直流電動機、電解、電鍍、電冶煉、充電以及交流發電機的勵磁等的直流電源。

直流電機的主要缺點是換向困難，它是直流電機的容量受到限制，不能做得很大。目前極限容量也不過1萬kW左右。而且由于有換向器，使他比交流電機費工費料，造價昂貴。運行時換向器需要經常維修，壽命也較短，所以很多人做了不少工作，以求用其他裝置或改進交流電機的性能，來代替直流電機。拿直流電源來講，很早就有用電力整流元件，直接由交流電源變成直流，以代替直流發電機。早期的期間有水銀整流器、引燃管等。這些期間在價格、使用方便、可靠性等等方面，不計直流發電機。近年來，大功率半導體元件發展很快，它的可靠性、價格、控制方便等指標日益改進，在某些場合，已經可以成功的用可控整流電源代替直流發電機了。不過，有些性能(如波形平滑等)仍不及直流發電機。至于電動機方面，采用電力電子技術配合同步電動機，構成電子換向的無換向器電動機，也可具有直流電動機的性能，已在大容量、高電壓、高轉速方面顯示了很大優越性，并得到實際應用。但總的來說，還未做到全面代替直流電動機的程度。所以，研究直流電機還是具有較大的意義。

可編程邏輯器件(PLD)通過對器件內部的設計來實現系統功能，是一種基于芯片的設計方法。本設計采用基于現場可編程門陣列(FPGA)實現。FPGA是PLD產品較常用的一種，它在結構上由邏輯功能塊排列為陣列，并由可編程的內部連線連接這些模塊，來實現一定的邏輯功能。FPGA的功能由邏輯結構的配制數據決定，在工作時，這些配置數據存放在片內的靜態存儲器(SRAM)或熔絲圖上。

采用基于芯片的設計方法，設計者可以根據需要定義器件的內部邏輯和引出端，將電路板設計的大部分工作放在芯片的設計中進行，通過對芯片設計實現數字系統的邏輯功能。靈活的內部功能塊組合、引出端定義等，可大大減少電路設計和電路板設計的工作量和難度，有效的增強設計的靈活性，提高工作效率。同時采用可編程邏輯器件，設計人員在實驗實可反復編程，修改錯誤，以盡快開發產品，迅速占領市場。基于芯片的設計方法可以減少芯片的數量，縮小系統體積，降低能源消耗，提高系統的性能和可靠性。

發明專利內容

本發明專利涉及一種基于現場可編程門陣列的直流電機速度控制系統，本發明以FPGA最小系統作主控制部分，通過控制調節脈沖占空比的大小改變輸出電壓的大小，從而達到控制直流電機的轉速的目的；其受控部分包括按鍵輸入電路、LED數碼管顯示電路、PWM驅動電路、速度檢測電路，本發明結合各組成單元電路的作用及特點，通過Quartus II軟件進行系統的功能仿真。

附圖說明

圖1：直流電機的基本結構圖。

圖2：系統概略原理框圖。

圖3：控制部分原理框圖。

圖4：驅動部分原理框圖。

圖5：直流電機控制的總方框圖。

圖6：FPGA實現LED靜態方式顯示的控制電路圖。

圖7：FPGA實現LED動態方式顯示的控制電路圖。

圖8：PWM驅動電路圖。

圖9：電機速度控制系統總原理圖。

具體實施方式