CN108267981A - 一种基于反熔丝型fpga的双通道电动伺服控制系统 - Google Patents

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张伟
刘关壮
凌幸华
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Abstract

本发明公开了一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块、寄存器组模块和故障计数模块，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块、2组位置环运算模块、2组电流环运算模块、2组PWM产生模块、2组相位控制模块、输出控制模块、运算控制模块、HALL同步模块、紧急制动模块，其中一组位置环运算模块、电流环运算模块、PWM产生模块、相位控制模块依次连接，另一组位置环运算模块、电流环运算模块、PWM产生模块、相位控制模块和HALL同步模块依次连接。本发明采用反熔丝型FPGA，能够满足宇航领域，功能全、可靠高、容量小、成本低的要求。

Description

一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统
技术领域
本发明涉及一种电动伺服控制系统，具体是一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统。
背景技术
双通道电动伺服控制，应用于航天领域，可以应用于发动机摆角控制，从而实现航天器的轨道调整。实现方案需要满足高可靠，高性能，高稳定性的要求。
现有技术中一般以DSP+CPLD/FPGA为控制核心，不足之处在于，不能使用长期在空间辐射环境，软件实现的算法闭环周期分辨率不高。
已有技术方案中也有如本发明类似的单独FPGA实现控制，不足之处在于，一般使用了IP核，或仅在SRAM型FPGA中实现，不能满足宇航空间辐射环境，可靠性降低，资源率较大，优化设计不足，无法在资源较小的反熔丝型FPGA中完整实现。
发明内容
为解决上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，在单颗反熔丝FPGA芯片内部实现了完整的双通道电动伺服控制的功能，功能完整，系统性能达标。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块、寄存器组模块和故障计数模块，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块、2组位置环运算模块、2组电流环运算模块、2组PWM产生模块、2组相位控制模块、输出控制模块、运算控制模块、HALL同步模块、紧急制动模块，其中一组位置环运算模块、电流环运算模块、PWM产生模块、相位控制模块依次连接，另一组位置环运算模块、电流环运算模块、PWM产生模块、相位控制模块和HALL同步模块依次连接，所述运算控制模块分别与所述2组位置环运算模块、2组电流环运算模块、2组PWM产生模块、A/D采样控制模块相连，用于实现所述模块的流程控制；所述输出控制模块输出至2组相位控制模块，用于内部控制。
优选地，所述反熔丝型FPGA采用ACTEL公司A54SX72CQ208B芯片。
本发明具有以下有益效果：
采用反熔丝型FPGA，更适应高可靠空间环境应用，经过系统优化设计，功能优化设计，能够在A54SX72ACQ208B中实现，且资源率小于80％；单片机功耗小于0.25W，功率低，硬件实现的位置环、电流环，可靠度高，闭环稳定度高，闭环周期时间分辨率高us级，外围电路能够大大减少，电路简单，可以降低故障概率。
附图说明
图1为本发明实施例基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中内部状态机示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块3、寄存器组模块4和故障计数模块10，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块18、位置环运算模块5、11、电流环运算模块6、12、PWM产生模块7、13、相位控制模块8、14、输出控制模块16、运算控制模块17、HALL同步模块15、紧急制动模块9，所述位置环运算模块5、电流环运算模块6、PWM产生模块7、相位控制模块8依次连接，所述位置环运算模块11、电流环运算模块12、PWM产生模块13、相位控制模块14和HALL同步模块15依次连接，所述运算控制模块17分别与所述位置环运算模块5、11、电流环运算模块6、12、PWM产生模块7、13、A/D采样控制模块18相连，用于实现所述模块的流程控制；所述输出控制模块16输出至相位控制模块8、14，用于内部控制。所述反熔丝型FPGA采用ACTEL公司A54SX72CQ208B芯片。
本发明具体实施的内部状态机如图2所示，复位后状态机处于1空闲态，当电压或电流采样请求有效时转至2采样态：进行位置和电流的采集，若出现超时或计算禁止等将返回1空闲态。
采样正常完成且计算允许有效时转至3A机构控制运算包含位置环运算和电流环运算，若计算禁止则返回至1空闲态。
计算结果正常即计算应答信号有效时转至4B机构计算包含位置环运算和电流环运算，若计算应答有效或计算禁止有效则转至1空闲态。
状态机定时进行循环例如ms级，从而实现双通道电动伺服的控制算法输出，再经过其他功能模块的转换，实现主要核心控制功能。
本发明中除如图1的功能划分，核心工作逻辑采用了图2循环状态机实现，系统架构得到了优化，功能正确，工作稳定，且优化了资源使用率。
本发明具体实施的状态机转移条件说明如表1所示。
表1采取措施后状态转移触发条件
本发明具体实施在单颗反熔丝型FPGA内部具备完整的功能，且各项功能均采用HDL语言实现，通过系统架构优化和局部功能优化仅需要较少的资源，同时具备较高的稳定性、动态特性、可靠性、较低的功耗特性单芯片功耗小于0.25W、较低的电路故障率。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，其特征在于，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块(3)、寄存器组模块(4)和故障计数模块(10)，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块(18)、位置环运算模块(5、11)、电流环运算模块(6、12)、PWM产生模块(7、13)、相位控制模块(8、14)、输出控制模块(16)、运算控制模块(17)、HALL同步模块(15)、紧急制动模块(9)，所述位置环运算模块(5)、电流环运算模块(6)、PWM产生模块(7)、相位控制模块(8)依次连接，所述位置环运算模块(11)、电流环运算模块(12)、PWM产生模块(13)、相位控制模块(14)和HALL同步模块(15)依次连接，所述运算控制模块(17)分别与所述位置环运算模块(5、11)、电流环运算模块(6、12)、PWM产生模块(7、13)、A/D采样控制模块(18)相连，用于实现所述模块的流程控制；所述输出控制模块(16)输出至相位控制模块(8、14)，用于内部控制。
2.如权利要求1所述的一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，其特征在于，所述反熔丝型FPGA采用ACTEL公司A54SX72CQ208B芯片。
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