基于verilog HDL的直流电动机转速控制与仿真

刘舸

摘 要 直流电动机调速范围广泛，能够有效的用于现代生产生活中拖动各种机械负载。本文选用PWM的调速方法，编写了verilog HDL程序描述直流电动机转速控制的PWM电路，来调节电枢供电电压，从而调节直流电动机转速。通过QuartusⅡ软件平台进行模块仿真，得到不同占空比的仿真波形。

关键词 verilog；直流电动机调速；PWM

中图分类号 TM3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）162-0171-02

电动机是把电能转化为机械能的设备，能够有效的用于现代工业生产和家庭生活中拖动各种机械负载，为人们的生产生活带来巨大的便利[ 1 ]。改变参数就是相当于改变电动机运行的机械特性，常用PWM的方法来调节电枢供电电压，如若采用硬件搭建PWM输出，电路复杂调试费时费力，采用软件形式设计硬件系统，具有方便更改参数的灵活性，本文采用verilog HDL编写直流电动机转速控制的程序，较好的实现了PWM调速。

1 PWM转速控制方法及其原理

要改变电枢电压，常用脉宽调制（PWM）方法，把恒定的直流电源电压Us调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以控制直流电动机转速[2]。这里，改变脉冲电压宽度是电路里利用IGBT等开关器件的导通和关断，导通时电路通路，电枢电压为Us，关断时电路开路，电枢电压为零。一个周期里的平均电枢电压即：

ton为开关导通时间，toff为开关关断时间，T为一个周期时间，ρ称为占空比，PWM电压输出波形如图1所示。

2 硬件电路设计

可以使用带有可预置数的两个计数器分别为开关的导通和关断时间计数，计数个数是时钟信号的个数，那么导通或关断时间就是时钟周期乘以计数个数[ 3 ]。这里，用4位计数器为例设计硬件电路，输出out可以作为PWM电路开关器件的控制信号，如图2所示。

启动时输出out为0，计数器2清零开始从0计数，且计数器2输出c2=0；计数器1可以输入预置数Don，当计数器2从0计到15时，输出c2= 1，使D触发器输出out为1。之后正常工作，out=1使计数器1从预置数Don开始计数，且计数器1输出c1=0，计数器2可以输入预置数Doff，当计数器1从预置数计到15时，输出c1=1，使D触发器清零输出out为0；out=0使计数器2从预置数Doff开始计数，且计数器2输出c2=0，计数器1可以输入预置数，当计数器2从预置数计到15时，输出c2=1，使D触发器输出out为1。正常工作后这相当于一个周期时间，计数器1计数时间作为PWM电路开关导通时间，计数器2计数时间作为PWM电路开关关断时间，如此反复计数，就可得PWM电路占空比：

3 verilog HDL软件模块编程

module PWM（clock，Don，Doff，out）；

input clock；

input [3：0] Don，Doff；

output out；

4 仿真结果

利用QuatusⅡ开发工具提供的软件平台，仿真结果如下。图3表示输入预置数Don=6，Doff=8的仿真波形，图4表示输入预置数Don=10，Doff=4的仿真波形。

5 结论

随着EDA技术的发展与普及，采用软件形式来设计硬件系统的方式能够方便运用于各种数字电子系统的设计中。本文基于硬件描述语言verilog HDL，编写PWM输出电路，用以调节直流电动机转速。可以有效的提高PWM电路控制信号的稳定性与参数修改的灵活性，使得直流电动机转速控制更为可靠。

参考文献

[1]李发海，王岩.电机与拖动基础[M].4版.北京：清华大学出版社，2012.

[2]阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].4版.北京：机械工业出版社，2010.

[3]周永宏，肖顺文，宋述义.直流电机PWM调速设计及其VHDL实现[J].西华师范大学学报：自然科学版，2006（4）.