[發(fā)明專利]FPGA+DSP實現(xiàn)高速高精度伺服控制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111284326.8
• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN113890425A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾買平;羅志強;劉波;張時望
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市鑫輝微電子有限公司
• 主分類號: H02P6/00
• 分類號: H02P6/00;H02P6/08;H02P6/16;H02P6/28;H02P21/00;H02P21/22;H02P25/02
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50219
• 代理人: 劉立春

本發(fā)明涉及電機控制器領(lǐng)域，具體涉及FPGA+DSP實現(xiàn)高速高精度伺服控制器，包括FPGA處理器、DSP處理器、旋變解碼器、兩路激勵驅(qū)動電路、電流采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和電機控制電路；FPGA處理器通過旋變解碼器和激勵驅(qū)動電路采集伺服電機的角度位置和電流，同時，F(xiàn)PGA處理器根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置通過PWM信號和光耦驅(qū)動IGBT控制伺服電機端子上的電流和電壓，通過在FPGA內(nèi)部產(chǎn)生SVPWM和電流環(huán)控制算法，DSP實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和位置的控制算法；從而實現(xiàn)對伺服電機的精確控制。讓伺服控制器具有更好的可靠性，更高的響應(yīng)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機控制器領(lǐng)域，具體是FPGA+DSP實現(xiàn)高速高精度伺服控制器。

背景技術(shù)

無刷直流電動機是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機、電子儀器及自動化辦公設(shè)備中。

現(xiàn)有的無刷電機控制器控制精度較低，無法對電機動作進行高精度控制。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供FPGA+DSP實現(xiàn)高速高精度伺服控制器，能夠利用FPGA、DSP和旋變解碼器對無刷電機進行高精度控制。

本發(fā)明的FPGA+DSP實現(xiàn)高速高精度伺服控制器，包括FPGA處理器、DSP處理器、旋變解碼器、兩路激勵驅(qū)動電路、電流采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和電機控制電路；

旋變解碼器的激勵信號輸出端與激勵驅(qū)動電路的輸入端連接，旋變解碼器的數(shù)據(jù)端口與FPGA處理器連接，旋變解碼器的差分旋轉(zhuǎn)信號輸入端與定子繞組的端部連接，定子繞組與設(shè)置在電機轉(zhuǎn)子上的初級繞組耦合，初級繞組的兩端分別與兩路激勵驅(qū)動電路的輸出端連接；

電流采集電路的采集端連接至電機的端子用于采集端子電流；

電流采集電路的輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與FPGA處理器連接，電機控制電路與FPGA處理器和電機的端子連接，電機控制電路用于控制電機的端子上的電信號的大小和相位；

DSP處理器與FPGA處理器連接，DSP處理器用于與外部器件連接。

進一步地，所述激勵驅(qū)動電路包括依次連接的放大電路和推挽電路；放大電路包括運算放大器，運算放大器的反相輸入端與所述旋變解碼器的激勵信號輸出端連接，運算放大器的正相輸入端接入外部電信號；運算放大器的輸出端與推挽電路的輸入端連接，推挽電路的輸出端與所述初級繞組的端子連接。

進一步地，所述電流采集電路包括兩路電流傳感器和一路采集電路，兩路電流傳感器和采集電路分別對電機的三個端子的電流信號進行采集。

進一步地，所述電機控制電路包括三路光耦合器，光耦合器的控制端與所述FPGA處理器連接，光耦合器的輸出端作為開關(guān)設(shè)置在電機的端子與電源連接的線路上。

進一步地，還包括電源電路，電源電路輸出匹配的電信號至所述FPGA處理器、DSP處理器、旋變解碼器、兩路激勵驅(qū)動電路、電流采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電機控制電路和電機。

進一步地，所述FPGA處理器內(nèi)部集成電機矢量控制算法，DSP處理器內(nèi)部集成實現(xiàn)伺服電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和位置控制算法，F(xiàn)PGA的FOC算法具有獨立的電流環(huán)，保障電機不過載運行導(dǎo)致電機或控制器損壞。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的FPGA+DSP實現(xiàn)高速高精度伺服控制器，F(xiàn)PGA處理器通過旋變解碼器和激勵驅(qū)動電路采集無刷電機中轉(zhuǎn)子的位置，同時，F(xiàn)PGA處理器根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置通過PWM信號和光耦驅(qū)動IGBT控制電機端子上的電流和電壓，通過在FPGA內(nèi)部產(chǎn)生SVPWM和電流環(huán)控制算法，DSP實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和位置的控制算法；從而實現(xiàn)對伺服電機的精確控制。讓伺服控制器具有更好的可靠性，更高的響應(yīng)速度。

附圖說明