CN101741298A - 基于fpga芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置 - Google Patents

基于fpga芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置 Download PDF

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CN101741298A CN201010013561A CN201010013561A CN101741298A CN 101741298 A CN101741298 A CN 101741298A CN 201010013561 A CN201010013561 A CN 201010013561A CN 201010013561 A CN201010013561 A CN 201010013561A CN 101741298 A CN101741298 A CN 101741298A
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Inventor
焦耀峰
冯超
袁海玉
李皓
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Shaanxi Jiepu Control Technology Co Ltd
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Shaanxi Jiepu Control Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置,其主要特征在于该装置以FPGA芯片作为系统核心控制单元;公开了一种的多路模拟量数据采集方法,这种数据采集方法可以实现多路模拟量的实时并行采集,具有非常快速的实时性和良好的可扩充性;公开了稀土永磁同步电机的多种转矩控制模型,为电动汽车和工业自动化的控制提供的便利。本发明具有结构简单,可靠性高,调速平稳精确,响应快,负载特性好,扩充性强等特点。可广泛用于工业自动化,电动汽车,轮船,火车,国防等多个行业。

Description

基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置
技术领域:
[0001] 本发明涉及一种基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置。背景技术:
[0002] 稀土永磁同步电机是一种公认的高效节能电机,与普通电机相比,具有节能高效,结构简单,功率密度高,转速不随负载波动的特性等特点。我国稀土元素储量丰富,为稀土永磁同步电机的广泛应用奠定了很好的基础。
[0003] 稀土永磁同步电机的控制要比普通电机复杂的多,通用的变频器几乎无法可靠驱动。在稀土永磁同步电机的驱动系统中,需要实现大量的实时并行数据处理及控制,如果采用单片机或DSP来实现,系统响应速度难以满足稀土永磁同步电机的控制要求。这些问题在很大程度上影响了稀土永磁同步电机实际应用。
发明内容:
[0004] 本发明的目的是提供一种结构简单,可靠性高,调速平稳精确,系统响应快,负载
特性好,功能可扩充性强的基于FPGA为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置。
[0005] 为了克服现有技术的不足,本发明的技术方案是这样解决的:一种基于FPGA芯片
为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置,本发明的特殊之处在于该装置的硬件由FPGA
芯片依次分别与供电电路、P丽驱动输出电路、id/td测量、通信接口 、输入输出控制及显示
部分、位置传感器、多路模拟量采集连接,多路模拟量采集与供电隔离转化和三相电流测量
连接,P丽驱动输出电路、位置传感器与稀土永磁同步电机连接,且系统集成有多种转矩控
制模型。
[0006] 所述的多路模拟量采集部分,由芯片内模拟量采集模块与自适应锯齿波生成电路连接,该自适应锯齿波生成电路与幅值脉宽转换电路连接,幅值脉宽转换电路和芯片内模拟量采集模块连接。
[0007] 所述的电流变化率采集处理部分由感应式电流变化率传感器、保护信号生成电路构成,感应式电流变化率传感器与保护信号生成电路连接,保护信号生成电路与FPGA芯片内电流变化率处理模块连接。[0008] 所述的多种转矩控制模型包括:
[0009] (1)当受控电机输出转矩小于系统设定转矩时,控制指令对电机转速的增加或减小控制有效;
[0010] (2)当受控电机输出转矩达到系统设定转矩时,控制指令对电机转速的增加控制无效;减小控制有效;
[0011] (3)当受控电机输出转矩已经超过系统设定转矩时,电机转速会自动减小。[0012] 现有技术相比,由于本发明使用了以FPGA芯片为核心的控制单元和同步并行的多路模拟量数据采集方法,为系统并行控制奠定了基础,使系统具有很高的响应速度;多种转矩控制模型为电动汽车和工业自动化的控制提供的便利。本发明具有结构简单,可靠性高,调速平稳精确,系统响应快,负载特性好,功能可再扩充性强等特点。可广泛用于工业自动化,电动汽车,轮船,火车,国防等多个行业。
附图说明:
[0013] 图1为本发明电气系统结构示意图;[0014] 图2为多路模拟量采集部分示意图;[0015] 图3为电流变化率采集处理部分结构示意图。
具体实施方式
[0016] 附图为本发明的实施例。
[0017] 下面结合附图对发明内容作进一步说明:
[0018] 参照图1所示, 一种基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置,该装置的硬件由FPGA芯片1依次分别与供电电路3、P丽驱动输出电路6、id/td测量4、多路模拟量采集10、通信接口 9、输入输出控制及显示部分2、位置传感器8连接,多路模拟量采集10与供电隔离转化5和三相电流测量5连接,P丽驱动输出电路6、位置传感器8与稀土永磁同步电机连接。
[0019] 图2所示,多路模拟量采集部分由芯片内模拟量采集模块73与自适应锯齿波生成电路71连接,自适应锯齿波生成电路71与幅值脉宽转换电路72连接,幅值脉宽转换电路72与芯片内模拟量采集模块73和被采集模拟量数据相连接。
[0020] 为了实现稀土永磁同步电机驱动控制装置对电流、电压等多参数并行采集的要求,提高采样数据抗干扰能力,采集运行过程为:FPGA芯片内模拟量采集模块73发出系统同步脉冲和锯齿波幅值数据到自适应锯齿波生成电路71,自适应锯齿波生成电路71将其生成的锯齿波特性数据送回片内模拟量采集模块73构成闭环,生成稳定的同步锯齿波。三相电流测量电路完成电流信号测量,供电隔离转化电路完成供电电压测量,上述电流、电压等模拟量信号和同步锯齿波在幅值脉宽转换电路72中生成各对应的方波数据并行送出,芯片内模拟量采集模块73将方波数据并行转换成模拟量数据。实现了多路模拟数据的同步并行采集。
[0021] 图3所示,电流变化率采集处理部分由感应式电流变化率传感器41、保护信号生成电路42构成,感应式电流变化率传感器41与保护信号生成电路42连接,保护信号生成电路42与FPGA芯片内供电电流变化率处理模块43连接。
[0022] 为了实现稀土永磁同步电机驱动控制对系统供电电流状态准确、实时监控的要求,功能实现方式为:由感应式电流变化率传感器41采集主回路电流变化信息,送至保护信号生成电路42,当主回路电流变化率超过设定值时,产生保护信息送至FPGA芯片内供电电流变化率处理模块43,完成控制。[0023] 所述的多种转矩控制模型包括:
[0024] (1)当受控电机输出转矩小于系统设定转矩时,控制指令对电机转速的增加或减小控制有效;
[0025] (2)当受控电机输出转矩达到系统设定转矩时,控制指令对电机转速的增加控制无效;减小控制有效;[0026] (3)当受控电机输出转矩已经超过系统设定转矩时,电机转速会自动减小。[0027] 综上所述,本发明的稀土永磁同步电机驱动装置实施例功能实现方式为:核心控制芯片FPGA与同步并行采集的多路模拟数据,位置状态构成闭环控制系统,FPGA接收输入设定或通信指令,产生驱动信号到P丽驱动输出电路,P丽驱动输出电路驱动永磁同步电机,完成稀土永磁同步电机的各种控制运行。系统运行过程中,FPGA实时监控电流、电压及电流变化率等状态,实现各种保护功能;同时FPGA与输入输出接口通信,传送相关信息。[0028] 上述系统控制除所述硬件相互连接、和完成各自的功能外,还包括有控序软件在内。

Claims (4)

  1. 一种基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置,其特征在于该装置的硬件由FPGA芯片(1)依次分别与供电电路(3)、PWM驱动输出电路(6)、id/td测量(4)、多路模拟量采集(10)、通信接口(9)、输入输出控制及显示(2)、位置传感器(8)连接,多路模拟量采集(10)与供电隔离转化(5)、三相电流测量(7)连接,PWM驱动输出部分(6)与位置传感器(8)连接,位置传感器(8)的另一端与稀土永磁同步电机连接,且装置集成了多种转矩控制模型。
  2. 2. 根据权利要求1所述的基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置,其特征在于所述的多路模拟量采集是由自适应锯齿波生成电路(71)与幅值脉宽转换电路(72)构成,芯片内模拟量采集模块(73)与自适应锯齿波生成电路(71)连接,自适应锯齿波生成电路(71)与幅值脉宽转换电路(72)连接,幅值脉宽转换电路(72)与芯片内模拟量采集模块(73)和被采集模拟量数据相连接,构成多路模拟量采集部分。
  3. 3. 根据权利要求1所述的基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置,其特征在于所述的id/td测量(4)由感应式电流变化率传感器(41)、保护信号生成电路(42)构成,感应式电流变化率传感器(41)与保护信号生成电路(42)连接,保护信号生成电路(42)与FPGA芯片内供电电流变化率处理模块(43)连接,构成电流变化率采集处理部分。
  4. 4. 根据权利要求1所述的基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置,其特征在于所述的多种转矩控制模型包括:(1) 当受控电机输出转矩小于系统设定转矩时,控制指令对电机转速的增加或减小控制有效;(2) 当受控电机输出转矩达到系统设定转矩时,控制指令对电机转速的增加控制无效;减小控制有效;(3) 当受控电机输出转矩已经超过系统设定转矩时,电机转速会自动减小。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102624301A (zh) * 2012-04-10 2012-08-01 武汉长海电气科技开发有限公司 浮选机变频调速控制装置及变频调速控制方法
CN106094634A (zh) * 2016-07-07 2016-11-09 山东交通职业学院 一种基于ssi传感器的交流伺服系统位置闭环控制器
CN106200739A (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 张升泽 电子芯片的电流预处理方法及系统

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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100616