CPLD在基于PCI总线的功率模块设计中的应用之一 直流电机, 电动机, 动态

pengpengpang

    1 引言


         在机电一体化控制系统中，直流电机常用于控制系统的执行器，是电机控制的重要部分，能按照处理器指令驱动电机运转实现电机控制。目前直流电机PWM(pulse width modulation，脉宽调制)驱动控制方式应用最为广泛。

         2 直流电动机的PWM控制原理


         直流电动机具有良好的线性调速特性，控制功能简单,效率高及动态特性优异，因此是大多数调速控制电动机的最佳选择。一般直流电机的控制信号包括脉宽调制(PWM)、方向(Dir)和刹车(Brake)信号。而PWM脉宽调制可视为速度信号，通过改变PWM信号的占空比来控制电动机电压，方向信号控制电动机转向，刹车信号控制电动机启停。
由图1看出，PWM调速时，改变占空比有三种方法。

         (1)定宽调频法：保持t1不变，只改变t2，这样使周期T(或频率)也随之改变。

        (2)调频调宽法：保持t1不变，改变t2，这样使周期T(或频率)也随之改变。

       (3)定频调宽法：周期T(或频率)保持不变，同时改变t1和t2。

        在CPLD设计中，输入不同的周期和占空比可选择相应改变占空比方法，从而实现PWM调速。

        3 系统设计


         一些新型单片机具有PWM功能,能按要求自动输出PWM信号，但笔者研制的基于PCI总线的机电一体化产品控制系统,MCU与电机驱动器通过PCI总线实现通信,其系统结构图如图2所示,图3为MCU模块与功率模块连接图。

        MCU与其他模块间的通信都是通过PCI总线实现的，而电机工作期间功率模块上的电机驱动器需要连续不断的PWM信号。如果使用MCU发送PWM信号则需长时间占用PCI总线，导致在驱动电机期间MCU无法与其他模块通信。因此，采用CPLD实现数字控制PWM信号。