由于直流電機具有速度易控制，精度和效率高，能在寬范圍內實現平滑調速等特點而在冶金、機械加工制造等行業中得到廣泛應用。該設計采用FPGA作為直流電機的控制器件，負責信號處理，速度快、可靠性高。介紹直流電機進行位置控制的方法，給出位置控制模塊的設計和實現，使用 VHDL語言進行編程完成了FPGA對直流電機的各種控制。

　　在直流電機控制系統中，被控制量一般都是電機的轉速，控制的目的是保持電機的轉速在所需要的定值上。但在實際生產過程中，電機帶動生產機械或者其他負載運動的表現不一定都是轉速，也可能是使生產機械或其機構產生一定的位置變化，這時需要的控制量就不再是電機的轉速，而是控制對象的直線位移，因此需將電機的轉速輸出轉換為電機的位移輸出。

　　1 電機位置控制模塊的設計

　　1．1 直流電機位置控制的方法

　　在此，使用maxon直流電機，通過與其配套的行星齒輪箱和磁編碼器，能夠實現從轉速到位移的轉換。其工作原理如下：電機轉動時，編碼器開始輸出反饋脈沖，反饋脈沖的頻率與電機的轉速成正比，最高可達20 kHz。電機軸每旋轉一圈，編碼器就輸出16個反饋脈沖，通過計算得出每個脈沖代表電機所帶負載產生0．006 14 mm的位移。這樣就可以把要控制的位移量用反饋脈沖的個數來表示，作為FPGA中位置控制模塊給定值，當電機轉動時，FPGA中的計數器會把反饋脈沖計數并保存，位置控制模塊不斷讀取計數器里的計數值，并與位置控制模塊中的給定值比較。當它們相等的時候，位置控制模塊發出停止信號，從而控制電機剎車。電機停止運動后，再讀取計數器中的計數值，與給定值做比較，計算出差值。如果差值在控制精度范圍內，則此次控制結束；如果不在范圍內，將差值作為下一次控制的給定值，繼續控制電機運動，直至達到要求的精度范圍為止。

　　1．2 位置控制模塊的組成

　　位置控制模塊由3部分組成：比較模塊、驅動模塊和延時模塊。比較模塊的作用是將編碼器反饋的脈沖個數與給定的脈沖個數做比較，當它們相等時，給出電機停止信號。驅動模塊的作用是根據輸入的控制信號控制電機的運動。延時模塊的作用是防止丟失反饋脈沖，確保準確讀回編碼器反饋的脈沖個數。接下來將重點介紹各個模塊的具體實現。

　　1．2．1 比較模塊

　　圖1中，data_in[15．．O]為給定的反饋脈沖個數；EN為電機工作使能信號；inclk為工作時鐘；feedback[15．．0]為電機運行時計數器的計數值；STopinter為電機停止時的模塊內部傳遞信號；“O”表示無效，“1”表示有效。比較模塊的工作原理如下：比較模塊在接收到給定值后，也就是根據要控制的位移量所計算出的反饋脈沖的個數，將其鎖存。在工作時鐘的作用下，模塊會不斷地檢測EN信號是否有效，如果EN信號有效，模塊將開始讀取反饋計數值，并與給定值做比較；如果相等，模塊認為電機所帶負載的運動到達指定位置，這時輸出的stopinter信號有效，控制電機剎車；否則 stopinter信號無效，電機繼續運動。

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　　如圖2所示，假設給定的計數值為7。當使能信號EN有效時，模塊開始讀端口feedback[15．．O]中的值(電機運行時通過磁編碼器反饋回來的脈沖個數)，與data_in[15．．0]中給定的脈沖個數做比較。當它們相等的時候，表示電機所帶的負載運動到了指定位置，此時stopinter信號有效，開始控制電機剎車并停止。

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