基于FPGA的直流电机控制设计外文翻译1

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1、 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系： 电子工程与光电技术系 专 业： 通信工程 姓 名： 杨望 学 号： 080404153 外文出处： Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science 2010 Vol II 附 件： 1.外文资料翻译译文； 2.外文原文。 指导教师评语： 成 绩 签 名 年 月 日 (用外文写 ) 附件 1：外文资料翻译译文 FPGA 的直流电动机调速系统的 PID 控制器的实现 文献中的第 1 与第 2 部分 摘要 ： 在本文中 ，使用

2、Xilinx 的 FPGA（ XC3S400） 中 PID 控制器的 VHDL“软件模块 实现对 直流电动机调速系统 的控制。 构建和测试的软件模块中所使用的工具是赛灵思 ISE9.2i 和 ModelSim XE III6.3c。 在 对 基于 FPGA 完整的设计是使用ModelSim 仿真工具 进行 模拟 的。 测试台是可以改变电机的设定速度 。根据 观察，电机的转速逐渐改变 到 设定的速度 并锁定到所 设定的速度 。 IndexTerms，现场可编程门阵列（ FPGA），比例 - 积分 - 微分（ PID）控制器，超高速集成电路硬件描述语言（ VHDL），脉冲宽度调制（ PWM）。 1

3、.导言 硬件描述语言（ HDLs）是用来描述 硬件 仿真 ， 建模，测试，设计，数字系统文件 为目的的语言。 最流行的 HDLs 语言是 VHDL（超高速集成电路）硬件描述语言和 Verilog。 VHDL 是用来描述从抽象到具体的 硬件。 很多的电子设计自动化（ EDA）供应商的 规定 VHDL 语言作为他们输入和输出 的工具 。 这些工具包括仿真工具，综合工具，布局工具和测试工具。 比例 - 积分 - 微分（ PID）控制器 ， 在过去的五十年 中 ，由于 它的 简单 性 ， 坚固 性，有效性和适用性 ， 广泛 运用在 一类系统 中。 尽管众多的控制设计方法，在文献中出现的，据估计，如今

4、PID 控制器 的使用 仍然超过 工厂生产的 95%。 几十年来，数字 PID 控制器已广泛用于实时数字控制 系统中。 PID 是广泛 运 用在伺服电机控制，机器人技术，温度控制及电力电子领域 ， 它 有一个很长的发展历史和非常成熟的调整规则。总体来说， PID 是一个嵌入式实时数字控制设计的重要工具。他们通常使用 在 模拟组件的硬件或 基于计算机的 软件 系统中 。 现场可编程门阵列和硬件描述语言的出现使数字 PID 控制器，并行性，可编程位宽度和绝对确定性增加 了 尺寸。 PID 控制器 在 现场可编程门阵列（ FPGA） 中的 建设， 可 提高速度，精度，功率效率，紧凑性和成本效益。 随

5、着电机和运动控制应用的日益复杂，它 在性能方面， 现场可编程门阵列（ FPGA）提供显著的优势超过货架专用标准产品（ ASSP） 的 解决方案 越来越明显，尤其是它的灵 活性 和库存控制 。 自定义电机驱动器，如脉冲宽度调制（ PWM）接口可以轻松地开发，快速，成本低廉。 此外，由于全可配置，可使用相同的 FPGA在不同的产品范围，减少了需要保持多个设备清单 。 现场可编程门阵列 的 Spartan3 系列产品 是专为满足大批量，成本敏感的消费电子应用的需求 客户所设计的 。八名成员组成的家庭提供的密度范围从 5 万到 500万 的 系统门。 由于他们的成本非常低， FPGA Spartan3

6、 系列非常适合 广泛的消费类电子应用 群体 ，包括宽带接入，家庭网络，显示器 /投影和数字电视设备。现代 的FPGA 和他们的分辨能力由 FPGA 供应商已经 广泛公布。 此外，一些审阅文章利用这些强大的芯片处理的优势 。在过去的两年里，在 Xilinx FPGA 从 Spartan II 到 III已经成功运用在各种不同应用中， 其中包括逆变器，通讯，嵌入式处理器，和图像处理 。 众所周知 ， 使用微处理器和数字信号处理器（ DSP）芯片 实现 PID 控制器是旧的 ， 而很少的工作，可以发现如何使用 FPGA 实现 PID 控制器的 说明。 PWM 发生器 的 介绍 。 然而，只有模拟结果

7、。 作者的贡献被认为是目前工作的补充，因为它们提供 当前 建设应用程序的工具。 开发的软件提供通过按钮，切换开关，发光 二极管（ LED）和七段显示板外设的用户界面，使用户可以改变电机的速度以及查看数据 ，在 七段显示器 上显示和 也复位整个系统 。 本文的组织如下：在第二节中，一个基于 FPGA 的直流电动机调速系统的 PID控制器的功能模块概述的解释。在第三节中，国家目前的设计流程图。在第四节中，该系统的实施结果进行了讨论。结论第五节讨论 。 2.功能模块概述 赛灵思公司 FPGA 器件在目前的工作目标是生产 Spartan3 系列 XC3S400。一个低成本，功能齐全，先进的电子系统（

8、ALS）的套件进行设计开发和调试。此板提供 设计所需要的 所有必要的 工具和验证 Spartan3 平台设计。 设计基于 10MHz 时钟。 图 1 显示了基于 FPGA 的直流电动机调速系统的 PID 控制器实现的分层图。图 2 显示子模块内部和外部的信号流的 PID 控制器顶层模块。软件工具，用于建设和测试这些模块赛灵思 ISE9.2i 和 ModelSim XE III6.3c。 A.PID 控制器 顶层模块 PID 控制器顶层模块的主要 是在 顶层层次结构中的 VHDL 模块。它实例化的子模块 ADC_interface， ADC_Data_Read 和 Motor_control 模块。它连接所有信号和