文档介绍：２０12 ～ 20１3 学年 第 2 学期
《 数字系统设计 》
课 程 设 计 报 告
题 目:直流电机调速控制器设计
专 业： 电子信息工程
班 级: 10电信(２）班
指导教师：
电气工程系
2013年５月27日
ﻬ１、任务书
课题名称
直流电机调速控制器设计
指导教师
执行时间
2012~2０13学年第二学期 第 14 周
学生姓名
学号
承担任务
评分
系统仿真及调试
总体系统方案设计
PＷM脉宽调制信号产生电路的设计
控制电路的设计
VHＤL程序编写
文档编辑撰写
设计要求
设计一个直流电机PＷM调速控制器,并能进行正反转控制。
ﻬ摘 要
在现代工业生产中电机是不可或缺的，电机分为交流电机和直流的电机，而直流电机的主要优点是能够在较大的范围内调速,因此直流电机在生产和生活中也得到广泛的应用。直流电动机转速的控制方法可分为俩类，即励磁控制法与电枢电压控制法。ＰWM(脉宽调制）是常用的一种调速方法，其基本原理是用改变电机电枢电压的接通和断开的时间比来控制马达的速度,在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加，电机断电时，其速度减低。要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。并且结合VHDL语言实现硬件设计软件化。
关键字：PWM，直流电机，ＶHDＬ
目 录
第一章 方案设计ﻩ１
直流电机基本结构 1
直流电机调速原理 1
1。3 基于FPGA的直流电机调速方案 ２
第二章 直流电机PWＭ调速控制电路设计ﻩ4
2。1 总体设计ﻩ4
系统工作原理ﻩ4
2。3 键盘电路设计 5
系统时钟电路设计 7
Ｈ型桥式驱动电路设计ﻩ８
电源电路设计 1０
第三章 控制逻辑VＨDL描述 11
3。1 FPＧＡ内部逻辑组成ﻩ１1
３。2 PＷＭ脉宽调制信号产生电路描述 11
３。3 运行控制逻辑电路描述ﻩ15
第四章 直流电机ＰＷM调速系统仿真ﻩ１7
4．１ FPGＡ开发环境的介绍 17
4．2 正/反转控制仿真ﻩ１8
4。3 启/停控制仿真ﻩ19
加/减速仿真 19
4．５ 仿真结果分析 20
总 结 ２2
参考文献 23
第一章 方案设计
直流电机基本结构
直流电机是通过两个磁场的互作用产生旋转。固定部分（定子）上,装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由Ａ和Ｘ 两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上,此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上,，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
定子通过永磁体或受激励电磁铁产生一个固定磁场,由于转子由一系列电磁体构成，，转子上的换向器和定子的电刷在电机旋转时为每个绕组供给电能。通电转子绕组与定子磁体有相反极性，因而相互吸引,，电刷通过换向器为下一组绕组供电,从而使转子维持旋转运动。
直流电机的速度与施加的电压成正比,输出转矩则与电流成正比。由于必须在工作期间改变直流电机的速度, PWM（脉宽调制)方波，，将PWM信号转换为有效直流电平。特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。
1．2 直流电机调速原理
所谓脉冲宽度调制是指用改变电机电枢电压接通与断开的时间的的占空比来控制电机转速的方法，称为脉冲宽度调制(PＷM）。
对于直流电机调速系统，使用ＦPGA进行调速是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压导通时间与通电时间的比值（即占空比)来控制电机速度。PWM调速原理如图1．1所示。
在脉冲作用下，当电机通电时,速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一