CN100367141C - 高频响直流直线电机数字控制器 - Google Patents
高频响直流直线电机数字控制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100367141C CN100367141C CNB2005100183376A CN200510018337A CN100367141C CN 100367141 C CN100367141 C CN 100367141C CN B2005100183376 A CNB2005100183376 A CN B2005100183376A CN 200510018337 A CN200510018337 A CN 200510018337A CN 100367141 C CN100367141 C CN 100367141C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- signal
- pulse signal
- direct current
- frequency response
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
高频响直流直线电机数字控制器，属于电机自动控制技术领域，目的在于获得快速、高精度往返运动的控制效果，实现高频响直流直线电机的精密位置跟踪控制功能。本发明包括中央处理器电路，数据存储器，程序存储器，A/D转换电路，D/A转换电路，直线位移正交编码脉冲信号电路，信号隔离电路；中央处理器电路由一个电机控制专用DSP芯片，复杂可编程逻辑器件CPLD，结合外围扩展电路组成。该数字控制器充分利用电机控制专用DSP芯片将高性能DSP核C2xLP和丰富的功能外设电路集成在单个芯片上这一特点，构成了一个体积小、功耗低、可靠性高和功能比较齐全的高频响直流直线电机控制用的数字控制器，使系统的整体成本大大降低。
Description
技术领域
本发明属于电机自动控制技术领域，具体涉及一种应用于高频响直流直线电机的数字控制器。
背景技术
高频响直流直线电机主要应用于如椭圆活塞形面的数控加工和激光加工机床等小位移、高往复频率加工场合，要求系统具有快速的加减速性能(加速度2g)和极高的频率响应特性(100Hz)。实现这些功能，对控制系统的运算精度和速度提出了更高的要求。
有些解决方案采用以MCS-96为代表的16位单片机实现高频响直流直线电机的控制功能，由于处理器芯片指令执行的速度和芯片的集成度都比较低，芯片上又不具备运动控制系统所需要的专用外设，所构成的控制系统仍然需要较多的元器件，这增加了系统电路板的复杂性，降低了系统的可靠性，也难以满足运算量较大的实时信号处理的需要，难以实现先进控制算法。近几年来高性能电机控制专用DSP处理器芯片将DSP核处理器芯片和丰富的功能外设电路集成在单个芯片上，为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的电动机控制系统提供了方便，同时也使系统的整体成本大大降低，逐渐成为电机控制的主流技术。为了满足高频响直流直线电机高速、高精度控制的需要，用高性能电机控制专用DSP处理器芯片实现高频响直流直线电机的精密位移控制是较好选择方式。在《微计算机信息》2004年第8期“直线小行程力电机的研究”一文中，采用DSP(TMS320LF2407A)实现了直线小行程力电机的简单控制，它利用TMS320LF2407A控制开关电源的输出，以达到控制直线电机力的输出，系统选用8M晶振，32M的指令执行速度。同时，还利用DSP自带的10位A/D构成闭环系统。而本发明为了实现对高频响直流直线电机的精密控制，数字控制器选用10M的晶振，实现40MIPS的指令执行速度，还外扩了针对高频响直流直线电机精密控制用的16位的A/D转换电路、16位的D/A转换电路以及直线位移正交编码脉冲接收电路。
发明内容
本发明提供一种高频响直流直线电机数字控制器，它采用高性能的电机控制专用信号处理器芯片和先进的控制理论，目的在于获得快速、高精度往返运动的控制效果，实现高频响直流直线电机的精密位置跟踪控制功能。
为实现上述发明目的，本发明的一种高频响直流直线电机数字控制器，包括中央处理器电路，数据存储器，程序存储器，A/D转换电路，D/A转换电路，直线位移正交编码脉冲信号电路，信号隔离电路；A/D转换电路、D/A转换电路和直线位移正交编码脉冲信号电路通过信号隔离电路与中央处理器电路连接，程序存储器和数据存储器分别连接中央处理器电路，满足直线电机程序调试用；直线位移正交编码脉冲信号电路用于直线位移检测装置的正交编码脉冲信号和参考点脉冲信号的差分接收；A/D转换电路将位置指令转换成数字信号，然后和直线位移正交编码脉冲信号电路检测到的直线电机位置进行比较，其偏差经中央处理器电路计算，得到位置调节控制量，再将控制量通过D/A转换电路输出，控制直线电机的移动位移。
所述的高频响直流直线电机数字控制器，中央处理器电路包括：
(1)电机控制专用芯片DSP，在芯片上集成功能外设电路，包含32K快速闪存，两个事件管理器和串行外设接口SPI、串行通讯接口SCI、控制器局域网接口CAN；
(2)可编程逻辑电路CPLD，完成系统扩展的逻辑控制；
(3)晶振电路，给DSP提供时钟信号，由电感、电容、电阻和晶振体构成。
所述的高频响直流直线电机数字控制器，其特征在于：
(1)所述A/D转换电路为16位A/D转换器，它利用一个具有100KHz采样频率的A/D转换芯片，将模拟位置指令信号转换成数字量，并提供一个工业标准±10V范围的双极性输入电压信号；
(2)所述D/A转换电路为16位D/A转换器，它利用一个低功耗D/A数模转换芯片，将电机控制专用芯片DSP的数字控制量转换成模拟量输出，并提供一个工业标准±10V范围的双极性输出电压信号。
所述的高频响直流直线电机数字控制器，所述信号隔离电路可以包括三块信号隔离电路芯片：
(1)A/D转换电路连接的信号隔离电路芯片，实现A/D转换后数据总线5V信号到DSP数据总线3.3V信号的隔离；
(2)与D/A转换电路连接的信号隔离电路芯片，实现DSP数据总线3.3V信号到D/A数模转换器芯片数据总线5V信号的隔离；
(3)与直线位移正交编码脉冲信号电路连接的信号隔离电路芯片，实现5V的正交编码脉冲信号和参考点脉冲信号与DSP连接电路之间3.3V信号的隔离。
所述的高频响直流直线电机数字控制器，所述直线位移正交编码脉冲信号电路功能为：
处理与位置有关的6路三对反相RS422A方波信号Z、
、Z1、
Z2、，经差分电路接收后，产生两路正交的编码脉冲信号A、B和一路参考点即直线电机有效行程的零点脉冲信号R，两路正交编码脉冲信号A、B用于直线电机的位移检测，参考点脉冲信号R用于直线位移有效行程零点的检测。
本发明的工作原理：16位A/D转换器将模拟位置指令转换成数字信号，然后和直线位移检测装置检测到的直线电机位置进行比较，其偏差经中央处理器电路计算，得到位置调节控制量，再将控制量通过16位D/A转换器输出，控制直线电机的移动位移。
本发明利用一个高性能的电机控制专用DSP处理器芯片，结合其外围扩展电路，构成了一个小体积、低功耗、高可靠性、高性能的数字控制器，使复杂的控制算法得以实现，满足了高频响直流直线电机位移跟踪控制精度的需要。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图；
图2为A/D转换电路及相应的信号隔离电路芯片结构示意图；
图3为D/A转换电路及相应的信号隔离电路芯片结构示意图；
图4为直线位移正交编码脉冲信号电路及相应的信号隔离电路芯片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在图1中，中央处理器电路的DSP芯片采用美国德州仪器推出的TMS320LF2407A，构成了一个高频响直流直线电机用数字控制器。扩展了64K的程序存储器PROG RAM，64K的数据存储器DATA RAM，实现了串行外设接口SPI，串行通讯接口SCI，控制器局域网接口CAN，FLASH程序固化和仿真器接口JTAG EMU/FLASH PROG，A/D转换电路，D/A转换电路，直线位移正交编码脉冲信号电路QEP。A/D转换电路、D/A转换电路和直线位移正交编码脉冲信号电路QEP通过信号隔离电路与中央处理器电路连接。
图2中，A/D转换器通过信号隔离电路芯片和DSP数据线连接。A/D转换器采用一个具有100KHz采样频率的高分辨率芯片(16位)ADS7805，单一正5V供电，可实现±10V的信号输入。信号隔离电路芯片选用SN74LVC16245A，实现5V到3.3V之间信号电平的转换。
在图3中，D/A转换器通过信号隔离电路芯片和DSP数据线连接。D/A转换器采用高速、高精度的低功耗16位D/A转换芯片DAC7641Y，将DSP的数字控制量输出转换成模拟量输出，可实现±10V范围的双极性电压信号输出。信号隔离电路芯片选用SN74ALVC164245，实现3.3V到5V之间信号电平的转换。
在图4中，采用德国JENA公司生产的LIE5 2PL5FDO型号光栅尺(分辨率为1μm)，输出与位置有关的6路(三对反相)标准的RS422A方波信号Z、
、Z1、、Z2、
，经差分电路接收后，产生两路正交的编码脉冲信号A、B和一路参考点(直线电机有效行程的零点)脉冲信号R，经信号隔离电路芯片与DSP的正交编码脉冲电路连接。差分接收电路芯片选用MC3486，信号隔离电路芯片选用LVCH245A，实现5V到3.3V之间信号电平的转换。
Claims (5)
1.一种高频响直流直线电机数字控制器，包括中央处理器电路，数据存储器，程序存储器，A/D转换电路，D/A转换电路，直线位移正交编码脉冲信号电路，信号隔离电路；A/D转换电路、D/A转换电路和直线位移正交编码脉冲信号电路通过信号隔离电路与中央处理器电路连接，程序存储器和数据存储器分别连接中央处理器电路，满足直线电机程序调试用；直线位移正交编码脉冲信号电路用于直线位移检测装置的正交编码脉冲信号和参考点脉冲信号的差分接收；A/D转换电路将位置指令转换成数字信号，然后和直线位移正交编码脉冲信号电路检测到的直线电机位置进行比较，其偏差经中央处理器电路计算，得到位置调节控制量，再将控制量通过D/A转换电路输出，控制直线电机的移动位移。
2.如权利要求1所述的高频响直流直线电机数字控制器，其特征在于所述的中央处理器电路包括：
(1)电机控制专用芯片DSP，在芯片上集成功能外设电路，包含32K快速闪存，两个事件管理器和串行外设接口SPI、串行通讯接口SCI、控制器局域网接口CAN；
(2)可编程逻辑电路CPLD，完成系统扩展的逻辑控制；
(3)晶振电路，给DSP提供时钟信号，由电感、电容、电阻和晶振体构成，实现40MIPS的指令执行速度。
3.如权利要求1或2所述的高频响直流直线电机数字控制器，其特征在于：
(1)所述A/D转换电路为16位A/D转换器，它利用一个具有100KHz采样频率的A/D转换芯片，将模拟位置指令信号转换成数字量，并提供一个工业标准±10V范围的双极性输入电压信号；
(2)所述D/A转换电路为16位D/A转换器，它利用一个低功耗D/A数模转换芯片，将电机控制专用芯片DSP的数字控制量转换成模拟量输出，并提供一个工业标准±10V范围的双极性输出电压信号。
4.如权利要求1或2所述的高频响直流直线电机数字控制器，其特征在于所述信号隔离电路包括三块信号隔离电路芯片：
(1)与A/D转换电路连接的信号隔离电路芯片，实现MD转换后数据总线5V信号到DSP数据总线3.3V信号的隔离；
(2)与D/A转换电路连接的信号隔离电路芯片，实现DSP数据总线3.3V信号到D/A数模转换器芯片数据总线5V信号的隔离；
(3)与直线位移正交编码脉冲信号电路连接的信号隔离电路芯片，实现5V的正交编码脉冲信号和参考点脉冲信号与3.3V的DSP连接电路信号之间的隔离。
5.如权利要求4所述的高频响直流直线电机数字控制器，其特征在于所述直线位移正交编码脉冲信号电路：处理与位置有关的6路三对反相RS422A方波信号(Z、
Z1、
Z2、
)，经差分电路接收后，产生两路正交的编码脉冲信号(A、B)和一路参考点即直线电机有效行程的零点脉冲信号(R)，两路正交编码脉冲信号(A、B)用于直线电机的位移检测，参考点脉冲信号(R)用于直线位移有效行程零点的检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100183376A CN100367141C (zh) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | 高频响直流直线电机数字控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100183376A CN100367141C (zh) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | 高频响直流直线电机数字控制器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1655084A CN1655084A (zh) | 2005-08-17 |
| CN100367141C true CN100367141C (zh) | 2008-02-06 |
Family
ID=34894259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100183376A Expired - Fee Related CN100367141C (zh) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | 高频响直流直线电机数字控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100367141C (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112000046A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-27 | 淄博京科电气有限公司 | 一种电动滚筒智能控制器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1042592A (ja) * | 1996-07-19 | 1998-02-13 | Shimadzu Corp | モータコントローラ |
| US6731089B2 (en) * | 2000-12-15 | 2004-05-04 | Korea Institute Of Science And Technology | Flexible and compact motor control module based on the can communication network |
-
2005
- 2005-03-04 CN CNB2005100183376A patent/CN100367141C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1042592A (ja) * | 1996-07-19 | 1998-02-13 | Shimadzu Corp | モータコントローラ |
| US6731089B2 (en) * | 2000-12-15 | 2004-05-04 | Korea Institute Of Science And Technology | Flexible and compact motor control module based on the can communication network |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于TMS320LF2407A的数字电机控制系统. 吴小平，杨林.机械工程与自动化，第总第128期20期. 2005 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1655084A (zh) | 2005-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100498625C (zh) | 一种卫星天线运动控制系统 | |
| CN105242640B (zh) | 一种新型的高速高精度多轴伺服运动控制器电路 | |
| CN201174041Y (zh) | 全数字通用交流伺服定位控制驱动器 | |
| CN103591961B (zh) | 一种基于dsp和fpga的捷联罗经导航计算机 | |
| CN102508267A (zh) | 一种gnss接收机的中频数据采集与回放系统 | |
| CN103776366B (zh) | 一种正余弦旋转变压器的励磁与解算一体化装置 | |
| CN105790763A (zh) | 一种基于pc104总线的六通道模数转换模块 | |
| CN100367141C (zh) | 高频响直流直线电机数字控制器 | |
| CN104898466A (zh) | 一种激光跟踪仪的通信控制电路 | |
| CN202041826U (zh) | 一种基于nios ii微处理器的集成化天线数字控制装置 | |
| CN202362460U (zh) | 一种gnss接收机的中频数据采集与回放装置 | |
| CN203732702U (zh) | 基于dsp与fpga的变频电源电参数测量系统 | |
| CN204515006U (zh) | 一种八路数字电压采集系统 | |
| CN103778760A (zh) | 基于dsp和fpga的无线数据采集器 | |
| CN204772564U (zh) | 一种仿人机械手电气控制系统 | |
| CN202395156U (zh) | 一种高集成化平板天线控制装置 | |
| CN101419440A (zh) | 基于dsp的多层循环式立体车库控制电路及其工作方法 | |
| CN104501791A (zh) | 一种新型寻北仪 | |
| CN201235929Y (zh) | 数字式舰船舵角表 | |
| CN104469166B (zh) | 一种图像采集控制装置和方法 | |
| CN103411664A (zh) | 便携式电牵引采煤机动态信号采集仪 | |
| CN201184970Y (zh) | 船舶机舱数据采集嵌入板 | |
| CN209170256U (zh) | 一种基于dsp和fpga的多轴步进电机驱动控制板卡 | |
| CN206863533U (zh) | 一种基于pc104总线的发电机励磁模拟量采集卡 | |
| CN109932940A (zh) | 多通道信号同步采集存储系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Wuhan Huada New Type Motor Co., Ltd. Assignor: Huazhong University of Science and Technology Contract fulfillment period: 2008.11.20 to 2013.11.20 contract change Contract record no.: 2009420000030 Denomination of invention: Digital controller for direct current linear motor with high frequency response Granted publication date: 20080206 License type: Exclusive license Record date: 2009.6.1 |
|
| LIC | Patent licence contract for exploitation submitted for record |
Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.11.20 TO 2013.11.20; CHANGE OF CONTRACT Name of requester: WUHAN HUADA NEW TYPE MOTOR CO., LTD Effective date: 20090601 |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080206 Termination date: 20130304 |