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
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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
技术领域:
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:
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。
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:
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。
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、PWM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,PWM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。
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。
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。
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。
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:
图1为本发明电气系统结构示意图;
图2为多路模拟量采集部分示意图;
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
附图为本发明的实施例。
下面结合附图对发明内容作进一步说明:
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、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,PWM驱动输出电路6、位置传感器8与稀土永磁同步电机连接。
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。
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。
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。
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。
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。
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PWM驱动输出电路,PWM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。
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.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.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.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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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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- 2010-01-07 CN CN201010013561A patent/CN101741298A/zh active Pending
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