一種基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器，包括二者之間雙向通訊的DSP數(shù)字信號(hào)處理器和FPGA控制器，DSP數(shù)字信號(hào)處理器的輸出端通過(guò)光耦隔離模塊與逆變器的輸入端相連，逆變器的輸出端與伺服電機(jī)相連，用于檢測(cè)伺服電機(jī)電壓/電流信號(hào)的電壓電流檢測(cè)模塊、用于檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的輸出端均與FPGA控制器的輸入端相連。本實(shí)用新型在DSP數(shù)字信號(hào)處理器單核控制的基礎(chǔ)之上，利用FPGA控制器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，釋放了DSP數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部資源，使DSP數(shù)字信號(hào)處理器只做微控制器使用，極大的提高系統(tǒng)的處理能力和執(zhí)行效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)控制器，尤其是一種基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，伺服電機(jī)控制器主要以專(zhuān)用單片機(jī)或者DSP數(shù)字信號(hào)處理器單核控制為主。單核控制的缺點(diǎn)是主控芯片既充當(dāng)微控制器的角色，又充當(dāng)微處理器的角色，雖然DSP的指令操作為流水線操作，具有很高的指令執(zhí)行效率，但是，這種雙角色使得控制器的響應(yīng)速度相對(duì)較慢，實(shí)時(shí)性較低，控制精度較低，對(duì)于高速及控制較復(fù)雜的被控對(duì)象，控制效果較差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種集DSP數(shù)字信號(hào)處理器和FPGA控制器于一體的雙核控制，極大的提高系統(tǒng)的處理能力和執(zhí)行效率的基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器，包括二者之間雙向通訊的DSP數(shù)字信號(hào)處理器和FPGA控制器，DSP數(shù)字信號(hào)處理器的輸出端通過(guò)光耦隔離模塊與逆變器的輸入端相連，逆變器的輸出端與伺服電機(jī)相連，用于檢測(cè)伺服電機(jī)電壓/電流信號(hào)的電壓電流檢測(cè)模塊、用于檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的輸出端均與FPGA控制器的輸入端相連。
[0005]所述DSP數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320LF2812芯片，所述FPGA控制器采用ACEX EP1K30-144芯片，TMS320LF2812芯片的A0?A15腳、D0?D15腳通過(guò)外部總線與EP1K30-144芯片的I/O 口相連。
[0006]所述逆變器的電源端通過(guò)整流器接市電，開(kāi)關(guān)電源模塊接在整流器和逆變器之間，開(kāi)關(guān)電源模塊分別向DSP數(shù)字信號(hào)處理器、FPGA控制器、電壓電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊供電。
[0007]所述電壓電流檢測(cè)模塊的輸出端還與保護(hù)電路的輸入端相連，保護(hù)電路的輸出端與FPGA控制器的輸入端相連。
[0008]所述FPGA控制器的輸入/輸出端與人機(jī)交互單元雙向通訊。
[0009]由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型在DSP數(shù)字信號(hào)處理器單核控制的基礎(chǔ)之上，利用FPGA控制器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，釋放了 DSP數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部資源，使DSP數(shù)字信號(hào)處理器只做微控制器使用，極大的提高系統(tǒng)的處理能力和執(zhí)行效率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)的位置及轉(zhuǎn)速控制，本控制器可以應(yīng)用于機(jī)械臂及生產(chǎn)線上，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的電路框圖；
[0011]圖2為本實(shí)用新型中DSP數(shù)字信號(hào)處理器與FPGA控制器的總線接口示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]一種基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器，包括二者之間雙向通訊的DSP數(shù)字信號(hào)處理器1和FPGA控制器2，DSP數(shù)字信號(hào)處理器1的輸出端通過(guò)光耦隔離模塊與逆變器的輸入端相連，逆變器的輸出端與伺服電機(jī)相連，用于檢測(cè)伺服電機(jī)電壓/電流信號(hào)的電壓電流檢測(cè)模塊、用于檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的輸出端均與FPGA控制器2的輸入端相連，如圖1所示。光耦隔離模塊用于控制電路與主功率電路的隔離，強(qiáng)弱電隔離，采用高速光耦TLP559芯片；逆變器根據(jù)DSP控制器輸出的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，為伺服電機(jī)提供可調(diào)三相電源；電壓電流檢測(cè)模塊用于檢測(cè)伺服電機(jī)的電壓和電流，構(gòu)成閉環(huán)控制的電流環(huán)和給保護(hù)電路提供信號(hào)；轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊用于對(duì)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和和轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)霍爾傳感器及其檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)；逆變器采用IPM(PM20CSJ060)，它內(nèi)部集成6個(gè)IGBT、柵極驅(qū)動(dòng)電路、欠電壓、過(guò)流、過(guò)熱、短路等保護(hù)電路以及故障信號(hào)輸出電路。
[0013]如圖2所示，所述DSP數(shù)字信號(hào)處理器1采用TMS320LF2812芯片，所述FPGA控制器2采用ACEX EP1K30-144芯片，TMS320LF2812芯片的A0?A15腳、D0?D15腳通過(guò)外部總線與 EP1K30-144 芯片的 I/O 口相連；TMS320LF2812 芯片的 RD、WR、IS 口與 EP1K30-144芯片的IN 口相連；TMS320LF2812芯片的INT 口與EP1K30-144芯片的I/O 口相連。FPGA和DSP的信息交互是通過(guò)總線實(shí)現(xiàn)的。DSP數(shù)字信號(hào)處理器1把FPGA控制器2映射成擴(kuò)展的I/O空間，DSP數(shù)字信號(hào)處理器1通過(guò)IS來(lái)擴(kuò)展I/O空間的，從圖2可以看出DSP數(shù)字信號(hào)處理器1的RD、WE、IS、INT和FPGA控制器2直接相連，為了提高總線訪問(wèn)速度，RD、WE和IS要接到FPGA控制器2的專(zhuān)用輸入引腳而不是通用I/O 口上，這是FPGA控制器2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。DSP數(shù)字信號(hào)處理器1用于產(chǎn)生PWM波形和數(shù)字式閉環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)建；FPGA控制器2用于對(duì)檢測(cè)模塊的數(shù)值進(jìn)行處理和將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳送給DSP數(shù)字信號(hào)處理器1 ;DSP數(shù)字信號(hào)處理器1進(jìn)行電流環(huán)PI調(diào)節(jié)，各種坐標(biāo)變換以及生成空間矢量SVPWM的觸發(fā)脈沖；FPGA控制器2完成對(duì)霍爾信號(hào)的檢測(cè)、碼盤(pán)信號(hào)的讀取、鍵盤(pán)的掃描、顯示器的動(dòng)態(tài)刷新、保護(hù)信號(hào)的處理等功能。高速、周期性強(qiáng)的信號(hào)，如鍵盤(pán)掃描信號(hào)、碼盤(pán)信號(hào)，由FPGA控制器2實(shí)現(xiàn)，節(jié)省了 DSP數(shù)字信號(hào)處理器1的大量時(shí)間，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。
[0014]如圖1所示，所述逆變器的電源端通過(guò)整流器接市電，開(kāi)關(guān)電源模塊接在整流器和逆變器之間，開(kāi)關(guān)電源模塊分別向DSP數(shù)字信號(hào)處理器1、FPGA控制器2、人機(jī)交互單元、電壓電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊供電。所述電壓電流檢測(cè)模塊的輸出端還與保護(hù)電路的輸入端相連，保護(hù)電路的輸出端與FPGA控制器2的輸入端相連。所述FPGA控制器2的輸入/輸出端與人機(jī)交互單元雙向通訊。整流器將380V交流電整流成為直流電；開(kāi)關(guān)電源模塊將整流后的直流電源進(jìn)行變換，獲得相應(yīng)電壓的電源給控制器各芯片供電；保護(hù)電路用于向FPGA控制器2反饋欠壓和過(guò)壓故障信號(hào)，對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行過(guò)壓和欠壓保護(hù)；人機(jī)交互單元用于接收用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)和顯示伺服電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，可進(jìn)行轉(zhuǎn)速設(shè)定、正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)功能的設(shè)定，LCD動(dòng)態(tài)顯示運(yùn)行參數(shù)。
[0015]FPGA控制器2的一個(gè)重要作用就是其具有故障處理機(jī)。故障處理機(jī)是交流伺服故障處理的一部分，交流伺服是強(qiáng)弱電結(jié)合的系統(tǒng)，故障處理至關(guān)重要。FPGA控制器2的故障處理機(jī)可以迅速對(duì)系統(tǒng)的故障做出反應(yīng)，鎖存故障信號(hào)、封鎖IPM逆變橋脈沖、及時(shí)向DSP數(shù)字信號(hào)處理器1傳送故障類(lèi)型。系統(tǒng)出現(xiàn)重故障時(shí)需要停機(jī)維修；系統(tǒng)出現(xiàn)輕故障時(shí)，當(dāng)故障清除后要允許重新啟動(dòng)。FPGA控制器2鎖存的故障由DSP數(shù)字信號(hào)處理器1發(fā)出清除命令予以清除，各故障信號(hào)在進(jìn)入FPGA控制器2之前要經(jīng)過(guò)低通濾波器，以防干擾信號(hào)誤觸發(fā)故障處理機(jī)，DSP數(shù)字信號(hào)處理器1接收到故障類(lèi)型后要?jiǎng)討B(tài)刷新故障記錄。
[0016]綜上所述，本實(shí)用新型涉及釋放了 DSP數(shù)字信號(hào)處理器1的空間，克服了現(xiàn)有單核控制器的響應(yīng)速度相對(duì)較慢，實(shí)時(shí)性較低，控制精度較低等缺點(diǎn)；采用專(zhuān)用集成芯片進(jìn)行數(shù)字控制，并且進(jìn)行強(qiáng)弱電光電隔離等措施，提高了系統(tǒng)的可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器，其特征在于:包括二者之間雙向通訊的DSP數(shù)字信號(hào)處理器(1)和FPGA控制器(2)，DSP數(shù)字信號(hào)處理器(1)的輸出端通過(guò)光耦隔離模塊與逆變器的輸入端相連，逆變器的輸出端與伺服電機(jī)相連，用于檢測(cè)伺服電機(jī)電壓/電流信號(hào)的電壓電流檢測(cè)模塊、用于檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的輸出端均與FPGA控制器(2)的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器，其特征在于:所述DSP數(shù)字信號(hào)處理器(1)采用TMS320LF2812芯片，所述FPGA控制器(2)采用ACEX EP1K30-144芯片，TMS320LF2812芯片的A0?A15腳、DO?D15腳通過(guò)外部總線與EP1K30-144芯片的I/O口相連；TMS320LF2812 芯片的 RD、WR、IS 口與 EP1K30-144 芯片的 IN 口相連；TMS320LF2812芯片的INT 口與EP1K30-144芯片的I/O 口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器，其特征在于:所述逆變器的電源端通過(guò)整流器接市電，開(kāi)關(guān)電源模塊接在整流器和逆變器之間，開(kāi)關(guān)電源模塊分別向DSP數(shù)字信號(hào)處理器(1)、FPGA控制器(2)、電壓電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器，其特征在于:所述電壓電流檢測(cè)模塊的輸出端還與保護(hù)電路的輸入端相連，保護(hù)電路的輸出端與FPGA控制器(2)的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙核控制的伺服電機(jī)控制器，其特征在于:所述FPGA控制器(2)的輸入/輸出端與人機(jī)交互單元雙向通訊。
【文檔編號(hào)】H02P6/16GK204131435SQ201420530623
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】戴文俊, 廖曉緯, 伍龍, 沈曉波 申請(qǐng)人:淮南師范學(xué)院