[發明專利]一種開關磁阻電機的控制系統

在審

• 申請號: 201610919540.9
• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN107979308A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 徐志鴻;黃軼群;金天;周漪蓮;趙雨清
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P6/16
• 分類號: H02P6/16;H02P25/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及于開關磁阻電機控制技術領域，尤其涉及一種開關磁阻電機的控制系統。

背景技術

開關磁阻電機是一種新型的調速系統，它不但兼具交、直流調速的基本優點，而且具備獨特的高速性能以及容錯能力。因此在航空航天以及各種民用制造業的交、直流傳動等領域得到了廣泛的關注，無疑具有很好的應用前景和市場價值。傳統的開關磁阻電機控制系統通常采用單片機或DSP進行控制，而單片機需要使用大量的外圍電路，且系統的可升級性差，如更換控制器，往往要對整個軟硬件進行重新設計，可重用性不高。而采用DSP作為主要控制器，如果碰到處理多任務系統時，一片DSP不能勝任，這時就需要再擴展一片DSP或者FPGA芯片來輔助控制，從而實行雙芯片控制模式。但這樣做，既增加了兩個處理器之間同步和通信的負擔，又使系統實時性變壞，延長系統開發時間。因此，取代傳統的控制系統，克服傳統控制系統帶來的一系列的不足，探索一種新型高效的開關磁阻電機控制系統具有十分重要的實際意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服傳統控制系統的不足，提供一種開關磁阻電機的控制系統，應用片上系統作為本發明的控制核。本發明提供的具體技術方案是：

1)一種開關磁阻電機的控制系統，主要包括FPGA芯片1、軟件控制模塊2、電源模塊3、電機驅動模塊4、電機本體5、位置檢測模塊6。其特征在于：電源模塊3連接FPGA芯片1給芯片供電，通過軟件控制模塊2傳輸控制信息給FPGA芯片1,經過FPGA芯片1內的軟核CPU計算得出適當的驅動信號，由自定義的PWM模塊輸出給電機驅動模塊4，電機驅動模塊4產生驅動信號給電機本體5，再由電源模塊3給電機本體5供電使其運轉，運轉的同時由位置檢測模塊6采集位置信號反饋給FPGA芯片1，實現開關磁阻電機的閉環控制。

2)FPGA芯片1包括Avalon總線、采用模糊自整定PID控制算法的NiosⅡ軟核處理器、Timar、PIO、SDRAM控制器、FLASH控制器、自定義PWM模塊、測速模塊。

3)FPGA芯片1選自Xilinx Spartan-6LX16FPGA、Spartan-3、Virtex-ⅡPro、Virtex-Ⅴ或Virtex-Ⅵ系列芯片中的一種。

4)軟件控制模塊2包括用于數據存儲的SDRAM、軟件控制的FLASH和人機交互的鍵盤。

5)電源模塊3包括CPU電源與電機電源，兩個電源分別與FPGA芯片1和電機本體5相連，給控制系統供電。

6)電機驅動模塊4包括用于隔離信號的光電耦合器、放大驅動信號的驅動器和直接驅動電機的驅動電路。

7)位置檢測模塊6包括采集位置信號的傳感器和處理位置信號的位置信號電路。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：

(1)本發明提出的控制系統采用基于FPGA的可編程片上系統SOPC技術，解決了傳統控制系統設計繁雜、實時性差等缺點，具有設計簡單、控制可靠、成本更低的優點

(2)本發明在NiosⅡ軟核處理器里寫入模糊自整定PID控制算法，提高了控制精度，改善了控制性能，能使電機具有良好的動靜態特性。

(3)本發明使用SDRAM存儲器，可以對FPGA硬件進行并行操作，增加了控制的精度，

可以減少開關磁阻電機控制不良時的抖振情況。

(4)本發明中的CPU電源使用鋰電池，可以實現芯片更穩定持久的工作。

(5)本發明的編程使用NiosⅡEDS軟件，能很好的與FPGA芯片匹配，更利于控制

程序的修改與實現。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明的控制系統框圖。

圖2為本發明的FPGA芯片內部框圖。

圖3為本發明的PWM產生模塊框圖。

圖4為本發明的驅動模塊框圖。

圖5為本發明的模糊自整定PID控制算法框圖。

圖6為本發明的軟件控制流程圖。

表1為本發明的PID控制算法中ΔKp模糊規則表。

圖1中1為FPGA芯片、2為軟件控制模塊、3為電源模塊、4為電機驅動模塊、5為電機本體、6為位置檢測模塊。

具體實施方式

本發明采用基于FPGA的可編程片上系統SOPC技術，構建了一個具有多模塊的開關磁阻電機控制系統，并結合模糊自整定PID控制算法，實現了對開關磁阻電機的精確控制。