【摘 要】
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电动执行器是现代工业自动调节过程的必要组成部分,起到对阀门进行控制和调节的作用。随着我国工业化的发展,对执行器的精度及响应速度提出了更高的要求。传统单片机实现的电动
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电动执行器是现代工业自动调节过程的必要组成部分,起到对阀门进行控制和调节的作用。随着我国工业化的发展,对执行器的精度及响应速度提出了更高的要求。传统单片机实现的电动执行器,已经很难满足对精度的要求。为此,本文将FPGA技术与变频技术相结合,提出了一种基于FPGA系统的解决方案。可以使执行器核心控制部分更加合理,可靠性、控制速度以及控制方式都可以得到改善。本文完成了智能电动执行器主要电控模块部分以及执行器的外围电路的硬件设计,包括驱动电路和检测电路的硬件部分设计。采用Altera公司的FPGA芯片作为控制系统的核心。运用IP复用的技术在单片FPGA上嵌入处理器软核Nios II和以Avalon总线互连的片上外设。实现了多个IP核构成的SOPC系统。其中自定义IP核的设计是重点,充分利用FPGA并行处理的特点,采用硬件描述语言Verilog HDL生成了各个模块,完成了包括基于数字比较器设计的SPWM模块,以及基于离线计算在线查找的方式实现的模糊PID算法模块的设计。详细介绍了基于SOPC系统的软件设计。软件部分在Nios II IDE环境下采用C语言进行模块化编程,主要由电机控制部分、控制系统保护和人机接口等部分组成。实现了对执行器速度控制、位置控制、柔性启停以及紧急情况下的保护功能。通过仿真工具对设计的自定义模块分别进行了仿真分析。仿真结果表明采用FPGA实现的控制算法可以满足高速控制的要求,并能增加系统鲁棒性,在工业控制中有一定应用价值。通过Altera公司的DE2开发板对系统进行了验证,结果表明该智能执行器在控制精度、控制性能以及稳定性方面都达到了系统要求,符合企业的技术要求和性能指标。
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