基于FPGA 的步进电机驱动控制系统的研究与设计

向云峰 ，王秀莲

（沈阳理工大学自动化与电气工程学院，辽宁 沈阳 110159）

0 引言

步进电机是一种用电脉冲信号控制，并将其转换成角位移的执行机构[1]。由于其具有低成本、易控制、无累计误差等优点，其一直以来被广泛应用于各个领域，如工业、农业、航空航天等。随着控制系统的复杂化以及动态性能要求的提高，常用的开环控制在定位系统中存在振荡、跟踪精度低的问题，对系统突加负载可能导致出现失步、堵转的现象。

为解决上述问题，近年来对步进电机的闭环控制的研究愈加火热。在实际设计步进电机驱动控制中，大多数采用单片机进行驱动。吕颖利等[2]、余智勇等[3]采用单片机研究步进电机控制系统，实现简单且易于控制。但众多应用实践显示，单片机在一些复杂的实时性高的控制系统中，其电机的控制性能有所下降。FPGA 具有计算速度快、可靠性高以及逻辑资源丰富等特点[4]，本文基于FPGA 进行了步进电机驱动控制系统的研究与设计。

1 系统硬件设计

步进电机驱动系统的整体结构主要由电源、主控制器、驱动芯片、编码器等组成。根据本系统的设计以及实现功能，系统硬件设计可以划分为以下几个部分。

1.1 主控芯片电路

在主控芯片电路设计方面，以A3PE600 为核心的电路主要包括两个方面：一个是控制器本身工作所需的最小系统电路，另一个是指向机构驱动系统正常运行时所需器件的电路。其中，最小系统设计主要包括电源电路（3.3 V，1.5 V）、复位电路、时钟电路以及仿真接口部分，而外围电路则根据系统要求设计。……