应荣辉

（浙江省绍兴市上虞区职业中等专业学校，浙江 上虞 312300）

0 引 言

步进电机在生产自动化控制中起到关键作用，是重要的执行部件之一。正常情况下，其转速、启停位置仅仅和脉冲信号数量、频率有关，与负载关系不大。长期以来，步进电机主要采用单片机、DSP芯片作为控制核心，通过定时器形成脉冲信号，从而实现电机控制。这样的控制方式需占用较多的系统资源，脉冲信号频率受微机、控制系统、驱动设计的限制，相关控制电路结构成本较高，同时系统扩展性差、难以灵活调整，无法进行高效的人机交互[1]。而以现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）作为步进电机控制系统的控制核心，通过控制电机转矩与电机电流的方式对两相步进电机进行动态闭环控制，从而提高步进电机绕组电流控制精确度，最终实现步进电机的精准高效控制。

1 控制系统总体方案

为实现两相步进电机的高效控制，需要基于实际控制需求确定合理可行的控制方案。本次设计采用电机转矩控制方案，其中电磁转矩发挥的作用最大。电机电磁转矩公式[2]如下：

式中，Te表示电机电磁转矩；Ld表示d相电感系数；Lq表示q相电感系数；id表示d相电流；iq表示q相电流；Im表示励磁电流；Msr表示定子、转子之间的最大互感值。根据式（1）可知，电机电磁转矩Te的大小取决于d、q相电流，需得到合理的d、q相电流关系才能合理控制电磁转矩，从而实现电机控制。电机转矩与电机电流之间的关系可通过查表确定。基于电机转子位置、工况求得需要的电机转矩，然后通过查表得到对应的电流值，用于进行闭环控制。……