FPGA+DSP实现高速高精度伺服控制器的制作方法

fpga dsp实现高速高精度伺服控制器
技术领域
1.本发明涉及电机控制器领域，具体是fpga dsp实现高速高精度伺服控制器。


背景技术：

2.无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。
3.现有的无刷电机控制器控制精度较低，无法对电机动作进行高精度控制。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供fpga dsp实现高速高精度伺服控制器，能够利用fpga、dsp和旋变解码器对无刷电机进行高精度控制。
5.本发明的fpga dsp实现高速高精度伺服控制器，包括fpga处理器、dsp处理器、旋变解码器、两路激励驱动电路、电流采集电路、模数转换器和电机控制电路；
6.旋变解码器的激励信号输出端与激励驱动电路的输入端连接，旋变解码器的数据端口与fpga处理器连接，旋变解码器的差分旋转信号输入端与定子绕组的端部连接，定子绕组与设置在电机转子上的初级绕组耦合，初级绕组的两端分别与两路激励驱动电路的输出端连接；
7.电流采集电路的采集端连接至电机的端子用于采集端子电流；
8.电流采集电路的输出端通过模数转换器与fpga处理器连接，电机控制电路与fpga处理器和电机的端子连接，电机控制电路用于控制电机的端子上的电信号的大小和相位；
9.dsp处理器与fpga处理器连接，dsp处理器用于与外部器件连接。
10.进一步地，所述激励驱动电路包括依次连接的放大电路和推挽电路；放大电路包括运算放大器，运算放大器的反相输入端与所述旋变解码器的激励信号输出端连接，运算放大器的正相输入端接入外部电信号；运算放大器的输出端与推挽电路的输入端连接，推挽电路的输出端与所述初级绕组的端子连接。
11.进一步地，所述电流采集电路包括两路电流传感器和一路采集电路，两路电流传感器和采集电路分别对电机的三个端子的电流信号进行采集。
12.进一步地，所述电机控制电路包括三路光耦合器，光耦合器的控制端与所述fpga处理器连接，光耦合器的输出端作为开关设置在电机的端子与电源连接的线路上。
13.进一步地，还包括电源电路，电源电路输出匹配的电信号至所述fpga处理器、dsp处理器、旋变解码器、两路激励驱动电路、电流采集电路、模数转换器、电机控制电路和电机。
14.进一步地，所述fpga处理器内部集成电机矢量控制算法，dsp处理器内部集成实现伺服电机的转矩、转速和位置控制算法，fpga的foc算法具有独立的电流环，保障电机不过载运行导致电机或控制器损坏。
15.本发明的有益效果是：本发明的fpga dsp实现高速高精度伺服控制器，fpga处理器通过旋变解码器和激励驱动电路采集无刷电机中转子的位置，同时，fpga处理器根据转子的位置通过pwm信号和光耦驱动igbt控制电机端子上的电流和电压，通过在fpga内部产生svpwm和电流环控制算法，dsp实现转矩，转速和位置的控制算法；从而实现对伺服电机的精确控制。让伺服控制器具有更好的可靠性，更高的响应速度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图：
17.图1为本发明的系统结构示意图；
18.图2为本发明的旋变解码器的电路图；
19.图3为本发明的激励驱动电路的电路图；
20.图4为本发明的模数转换器的电路图；
21.图5为本发明的两路电流传感器的采集电路图；
22.图6为本发明的采集电路的电路图；
23.图7为本发明的电机控制电路的电路图。
具体实施方式
24.如图1
‑
图7所示：本实施例的fpga dsp实现高速高精度伺服控制器，包括fpga处理器、dsp处理器、旋变解码器、两路激励驱动电路、电流采集电路、模数转换器和电机控制电路；fpga处理器内部集成电机矢量控制算法，dsp处理器内部集成实现伺服电机的转矩、转速和位置控制算法，fpga的foc算法具有独立的电流环，保障电机不过载运行导致电机或控制器损坏。
25.旋变解码器的激励信号输出端exc和与激励驱动电路的输入端连接(a_r1_out和a_r2_out)，旋变解码器的数据端口db0
‑
db15与fpga处理器连接，旋变解码器的四个差分旋转信号输入端(分别为负向正弦模拟输入sinlo、正向正弦模拟输入sin、负向余弦模拟输入coslo和正向余弦模拟输入cos)与定子绕组的端部连接，定子绕组与设置在电机转子上的初级绕组耦合，初级绕组的两端分别与两路激励驱动电路的输出端(paout 和paout
‑
)连接；
26.旋变解码器的原理是当初级绕组以一定频率的交流电压励磁时，定子绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度
‑‑
数字转换装置中。利用旋变解码器可以精确地将电机转子的转动位置发送至fpga处理器中；
27.电流采集电路的采集端连接至电机的端子用于采集端子电流，具体地，电流采集电路包括两路电流传感器和一路采集电路，两路电流传感器和采集电路分别对电机的三个端子的电流信号进行采集。
28.电流采集电路的输出端通过模数转换器与fpga处理器连接，电机控制电路与fpga处理器和电机的端子连接，电机控制电路用于控制电机的端子上的电信号的大小和相位；
29.dsp处理器与fpga处理器连接，dsp处理器用于与外部器件连接；采用dsp fpga的数字应急可以兼顾处理速度和灵活性，既满足底层信号处理要求，有满足高层信号处理要求，dsp fpga系统最大的优点是结构灵活，具有较强的通用性，适合与模块化设计，从而能够提高算法效率；同时器开发周期短，系统容易维护和拓展，适合实时信号的处理；dsp fpga系统的核心由dsp芯片和可编程fpga器件组件，本实施例中，通过dsp处理器连接rs422数据接口，从而使得外部主机能够与dsp fpga系统进行数据交互。
30.本实施例中具体地，激励驱动电路包括依次连接的放大电路和推挽电路；放大电路包括运算放大器，运算放大器的反相输入端与旋变解码器的激励信号输出端连接，运算放大器的正相输入端接入外部电信号；运算放大器的输出端与推挽电路的输入端连接，推挽电路的输出端与初级绕组的端子连接。
31.本实施例中具体地，电机控制电路包括三路光耦合器，光耦合器的控制端与fpga处理器连接，光耦合器的输出端作为开关设置在电机的端子与电源连接的线路上。控制伺服电机输出电压和电流。
32.本实施例中具体地，还包括电源电路，电源电路输出匹配的电信号至fpga处理器、dsp处理器、旋变解码器、两路激励驱动电路、电流采集电路、模数转换器、电机控制电路和电机。
33.综上所述，本发明的fpga dsp实现高速高精度伺服控制器，fpga处理器通过旋变解码器和激励驱动电路采集伺服电机的位置和相电流，同时，fpga处理器根据伺服电机的位置通过pwm信号和光耦合器控制igbt，达到伺服电机的相电流和电压控制，通过在fpga内部产生svpwm和电流环控制算法，dsp实现转矩，转速和位置的控制算法；从而实现对伺服电机的精确控制。让伺服控制器具有更好的可靠性，更高的响应速度。
34.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。