CN105141173A - 基于fpga的多路移相控制器 - Google Patents
基于fpga的多路移相控制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105141173A CN105141173A CN201510505967.XA CN201510505967A CN105141173A CN 105141173 A CN105141173 A CN 105141173A CN 201510505967 A CN201510505967 A CN 201510505967A CN 105141173 A CN105141173 A CN 105141173A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- phase
- register
- fpga
- control
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于FPGA的多路移相控制器，包括依次相连的寄存器存储模块、判断识别模块、移相控制模块，其中，所述寄存器存储模块用来存储PC机传输的数据，PC机与FPGA芯片之间通信，传输的数据存储在FPGA芯片的RAM中；所述判断识别模块用于接收来自寄存器存储模块的数据，通过识别数据的高8位数来判断控制字的类型，然后将控制字传送到不同的寄存器；所述移相控制模块根据各寄存器中不同类型的控制字，产生所需的PWM波形，以满足超声电机驱动与控制的要求。本发明的多路移相控制器的调频、调相精度高，调节范围大，同时该控制器具有软启动与过压保护功能，能够为超声电机的驱动与控制提供保证。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域，特别涉及一种移相控制器，主要用于超声电机的控制。
背景技术
超声电机是利用超声波振动能作为驱动电源的新原理电机，超声波电动机作为一种全新的驱动器，它具有很多优越性能，如低速大转矩、功率密度大、响应速度快、不受电磁场的影响、掉电自保护、可直接驱动负载等。
驱动超声电动机需要专门的超声电源，要求驱动频率在超声范围内，驱动电压的频率、相位和幅值可调。
根据行波型超声波电机的传动原理，可用的控制变量有:
1.控制电压幅值。改变电压幅值可直接改变行波波动的幅值，电压过低压电元件不会起振，过高又会接近压电元件的工作极限。
2.变频控制。通过调节谐振点附近的频率控制速度和力矩。变频调速对超声波电动机最合适，因为电动机工作点在谐振点附近，调频具有响应快，方便调节的特点。
3.相位差控制。改变两相电压的相位差可改变定子表面质点椭圆的运动轨迹，从而改变输出的波形。
QuartusII是Altera公司综合性PLD/FPGA开发的软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。
由于目前没有一个芯片能同时输出8路可以调频，调相和调节死区时间PWM波信号。现有的主要方法是通过信号发生器输出两路方波信号，这两路方波信号通过两个UC3875芯片或是UCC3895芯片来输出8路PWM波信号。通过这些移相控制芯片输出的信号有干扰，且调节精度不高，两个芯片之间的协同控制电路设计相对复杂，不能很好的满足控制超声电机的需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于FPGA的多路移相控制器，以解决现有技术中存在的信号有干扰，调节精度不高的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于FPGA的多路移相控制器，包括依次相连的寄存器存储模块、判断识别模块、移相控制模块，其中，
所述寄存器存储模块用来存储PC机传输的数据，PC机与FPGA芯片之间通信，传输的数据存储在FPGA芯片的RAM中，其有4个控制字，至少需要传输4次，且每次传输数据时，前面存储的数据不能被后传输的数据覆盖；
所述判断识别模块用于接收来自寄存器存储模块的数据，通过识别数据的高8位数来判断控制字的类型，然后传送到不同的寄存器，同一寄存器在接收不同的数据时，前面存储的数据被后传输的数据覆盖；
所述移相控制模块根据各寄存器中不同类型的控制字，产生所需的PWM波形，以满足超声电机驱动与控制的要求。
所述移相控制模块包括数据寄存器、累加寄存器、数值比较器和与非门，其中，
所述数据寄存器接收来自判断识别模块的数据，并分配数据给不同的累加寄存器；
所述累加寄存器每次累加数据K，当寄存器达到其最大值时，寄存器置零，进入下一次累加，这样就能输出连续的波形，通过改变累加的数据K，就能改变输出波形的频率；
所述数值比较器能够调节输出波形的死区时间，调节输出波形的相位差，通过改变两个累加寄存器计数起始时间，改变两相波形的相位差；
所述与非门用于过压保护，输出的波形与所需检测信号连接到与非门的两端，当检测的信号为高电平时，迅速拉低输出的信号，以保护后面的驱动电路。
PC机与FPGA芯片之间通过UART串口进行通信。
所述FPGA芯片采用CycloneIV芯片EP4CE6E22C8的开发板，该开发板采用50MHz的晶振，通过相位累加原理，采用28位累加器，输入的频率控制字，相位控制字，死区时间控制字均采用24位寄存器。通过设置4个累加寄存器，能输出8路PWM波。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的基于FPGA的多路移相控制器直接通过控制器可以输出8路波形，不需要其他芯片，简化了驱动电路。这8路输出的波形为4对互补的PWM波，任意两对输出的波形能进行相位的调节。本发明的多路移相控制器的调频、调相精度高，调节范围大，同时该控制器具有软启动与过压保护功能，能够为超声波电机的驱动与控制提供保证。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的移相控制模块信号生成原理图；
图3为本发明的基于FPGA的多路移相控制器框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1-3所示，本发明的一种基于FPGA的多路移相控制器，包括依次相连的寄存器存储模块、判断识别模块、移相控制模块，其中，
寄存器存储模块用来存储PC机传输的数据，PC机与FPGA之间通过UART串口进行通信，传输的数据存储在FPGA芯片的RAM中，其有4个控制字，至少需要传输4次，且每次传输数据时，前面存储的数据不能被后面传输的数据覆盖；
判断识别模块用于接收来自寄存器存储模块的数据，通过识别数据的高8位数来判断控制字的类型，然后传送到不同的寄存器，同一寄存器在接收不同的数据时，前面存储的数据被后面传输的数据覆盖；
移相控制模块根据各寄存器中不同类型的控制字，产生所需的PWM波形，以满足超声电机驱动与控制的要求。
移相控制模块包括数据寄存器、累加寄存器、数值比较器和与非门，其中，
数据寄存器接收来自判断识别模块的数据，并分配数据给不同的累加寄存器；
累加寄存器每次累加数据K，当寄存器达到其最大值时，寄存器置零，进入下一次累加，这样就能输出连续的波形，通过改变累加的数据K，就能改变输出波形的频率；
数值比较器能够调节输出波形的死区时间，调节输出波形的相位差，通过改变两个累加寄存器计数起始时间，改变两相波形的相位差；
与非门用于过压保护，输出的波形与所需检测信号连接到与非门的两端，当检测的信号为高电平时，迅速拉低输出的信号，以保护后面的驱动电路。
本发明采用基于CycloneIV芯片EP4CE6E22C8的开发板进行设计与研究。该开发板采用50MHz的晶振，通过相位累加原理，采用28位累加器，输入的频率控制字，相位控制字，死区时间控制字均采用24位寄存器。通过设置4个累加寄存器，能输出8路PWM波。
PWM波的生成原理主要通过设置4个N位累加寄存器cnt1，cnt2，cnt3，cnt4，其中N可以调节输出波形的精度。
在一个周期内，累加寄存器cnt1每次累加K(频率控制字)，当累加器的数值达到或大于2N时，累加器自动置零，进入下一次累加，通过调节频率控制字K，即可改变累加寄存器的累加次数，从而改变波形输出的频率f。
当累加寄存器cnt1达到K×H1时，累加寄存器cnt3开始计数，这样通过调整移相控制字H1，即可对两路PWM波进行移相控制，其中移相控制字H1控制最后输出两路正弦波的相位差。
当cnt1计数到K×H2时，计数器cnt2开始计数。当cnt3计数到K×H2时，cnt4开始计数。而移相控制字H2能够调节输出波形的相位，间接调节输出波形的占空比。最后控制输出两路正弦波的幅值。
当累加寄存器cnt1在累加的过程中，0～2N之间，累加寄存器与2N-1进行比较，当cnt1<2N-1，pwm1输出高电平，pwm2输出低电平。当2N-1<cnt1<2N-1+T×K，pwm1输出低电平，pwm2输出低电平。当2N-1+T×K<cnt1<2N-T×K，pwm1输出低电平，pwm2输出高电平。当2N-T×K<cnt1<2N，pwm1输出低电平，pwm2输出低电平。通过调节T即可调节输出的波形的死区时间。
设置一个过压检测端,输出的信号与检测的信号一起通过一个与非门，一旦检测的到高压，即test＝1’b1时，拉低所有输出的信号，即输出的信号为低电平，保护后面的驱动电路。
通过设置寄存器cnt5，当寄存器cnt5<K×H2，cnt5每次累加1；当cnt5>K×H2时，cnt5＝＝K×H2；当cnt1与cnt3等于cnt5时，cnt2与cnt4开始计数，这样就完成了软启动功能，实现最后输出PWM波的移相能够一步一步移到所需要的结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于FPGA的多路移相控制器，其特征在于：包括依次相连的寄存器存储模块、判断识别模块、移相控制模块，其中，
所述寄存器存储模块用来存储PC机传输的数据，PC机与FPGA芯片之间通信，传输的数据存储在FPGA芯片的RAM中，其有4个控制字，至少需要传输4次，且每次传输数据时，前面存储的数据不能被后传输的数据覆盖；
所述判断识别模块用于接收来自寄存器存储模块的数据，通过识别数据的高8位数来判断控制字的类型，然后将控制字传送到不同的寄存器，同一寄存器在接收不同的数据时，前面存储的数据被后传输的数据覆盖；
所述移相控制模块根据各寄存器中不同类型的控制字，产生所需的PWM波形，以满足超声电机驱动与控制的要求。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的多路移相控制器，其特征在于：所述移相控制模块包括数据寄存器、累加寄存器、数值比较器和与非门，其中，
所述数据寄存器接收来自判断识别模块的数据，并分配数据给不同的累加寄存器；
所述累加寄存器每次累加数据K，当寄存器达到其最大值时，寄存器置零，进入下一次累加，这样就能输出连续的波形，通过改变累加的数据K，就能改变输出波形的频率；
所述数值比较器能够调节输出波形的死区时间，调节输出波形的相位差，通过改变两个累加寄存器计数起始时间，改变两相波形的相位差；
所述与非门用于过压保护，输出的波形与所需检测信号连接到与非门的两端，当检测的信号为高电平时，迅速拉低输出的信号，以保护后面的驱动电路。
3.如权利要求1所述的基于FPGA的多路移相控制器，其特征在于：PC机与FPGA芯片之间通过UART串口进行通信。
4.如权利要求1所述的基于FPGA的多路移相控制器，其特征在于：所述FPGA芯片采用CycloneIV芯片EP4CE6E22C8的开发板，该开发板采用50MHz的晶振，通过相位累加原理，采用28位累加器，输入的频率控制字，相位控制字，死区时间控制字均采用24位寄存器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510505967.XA CN105141173B (zh) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 基于fpga的多路移相控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510505967.XA CN105141173B (zh) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 基于fpga的多路移相控制器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105141173A true CN105141173A (zh) | 2015-12-09 |
| CN105141173B CN105141173B (zh) | 2017-05-31 |
Family
ID=54726418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510505967.XA Expired - Fee Related CN105141173B (zh) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 基于fpga的多路移相控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105141173B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107346935A (zh) * | 2016-05-06 | 2017-11-14 | 孙燕英 | 多相svpwm信号发生器 |
| CN107425700A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-12-01 | 广东工业大学 | 一种多路数字超声电源 |
| CN109088641A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-12-25 | 华南理工大学 | 一种基于fpga的数字接收机系统及射频模数转换方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110176390A1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-21 | Jimes Lei | Low pin count high voltage ultrasound transmitter and method therefor |
| CN202475298U (zh) * | 2012-02-10 | 2012-10-03 | 浙江日风电气有限公司 | 一种基于fpga驱动发生的级联型多电平变频器 |
| CN204131478U (zh) * | 2014-11-05 | 2015-01-28 | 哈尔滨理工大学 | 基于fpga的dds信号发生器 |
-
2015
- 2015-08-17 CN CN201510505967.XA patent/CN105141173B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110176390A1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-21 | Jimes Lei | Low pin count high voltage ultrasound transmitter and method therefor |
| CN202475298U (zh) * | 2012-02-10 | 2012-10-03 | 浙江日风电气有限公司 | 一种基于fpga驱动发生的级联型多电平变频器 |
| CN204131478U (zh) * | 2014-11-05 | 2015-01-28 | 哈尔滨理工大学 | 基于fpga的dds信号发生器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈文光等: "基于FPGA的全数字化移相PWM控制器设计", 《南华大学学报（自然科学版）》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107346935A (zh) * | 2016-05-06 | 2017-11-14 | 孙燕英 | 多相svpwm信号发生器 |
| CN107346935B (zh) * | 2016-05-06 | 2020-09-08 | 孙燕英 | 多相svpwm信号发生器 |
| CN107425700A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-12-01 | 广东工业大学 | 一种多路数字超声电源 |
| CN107425700B (zh) * | 2017-06-13 | 2023-05-05 | 广东工业大学 | 一种多路数字超声电源 |
| CN109088641A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-12-25 | 华南理工大学 | 一种基于fpga的数字接收机系统及射频模数转换方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105141173B (zh) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101969291B (zh) | 高细分多路步进电机片上系统驱动器 | |
| CN105226943A (zh) | 电源变换器及开关电源装置 | |
| CN105141173A (zh) | 基于fpga的多路移相控制器 | |
| CN106169872A (zh) | 双向直流至直流变换器 | |
| CN105021241B (zh) | 基于电流误差控制的pwm调制的电磁流量计励磁控制系统 | |
| CN201438687U (zh) | 一种无刷直流电动机控制系统 | |
| CN105229912A (zh) | 逆变器装置 | |
| CN101860251B (zh) | 一种插入可变死区时间的pwm互补输出方法 | |
| CN101433993A (zh) | Igbt逆变埋弧焊机控制方法 | |
| CN102522968A (zh) | 一种用于多电源系统的复位电路 | |
| CN103250342A (zh) | 电机用电压转换控制装置 | |
| CN204203771U (zh) | 一种电动伺服机构 | |
| CN210572360U (zh) | 一种汽车测试用轮速传感器信号发生装置 | |
| CN102810974B (zh) | 检测脉冲发生器、控制芯片以及开关电源 | |
| CN103840688B (zh) | 一种无刷直流发电机可控整流方法 | |
| CN101753014B (zh) | 升压型转换器的相移控制方法及实施电路 | |
| CN106655727B (zh) | 一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置和方法 | |
| CN203911882U (zh) | 一种集成级数混合运算spwm发生器 | |
| CN107888112A (zh) | 一种电动舵机驱动装置 | |
| CN101399517A (zh) | 直线型风扇转速特性曲线设计电路 | |
| CN107425546A (zh) | 精确调整逆变器母线电压从而提高并网效率的方法 | |
| CN105258721A (zh) | 一种球状检测装置及电机的驱动方法 | |
| CN203104326U (zh) | 三电平滞环电流跟踪逆变器 | |
| CN207083026U (zh) | 一种高能脉冲电源控制电路 | |
| CN105450009A (zh) | 电压转换器故障处理方法及电压转换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170531 Termination date: 20200817 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |