CN201918957U - 基于cpld与dsp的信号采集及电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CPLD与DSP的信号采集及电机控制系统，包括TI公司的DSP芯片TMS320F28335、CPLD换相模块、电流检测模块、IGBT驱动电路，其中，所述DSP芯片、CPLD换相模块和IGBT驱动电路依次连接，所述电流检测模块与所述DSP芯片连接，其中，所述电流检测模块获取与其连接的交流电机的电流采样并提供给所述DSP芯片，所述DSP芯片基于获取的电机转速和所述电流采样为CPLD换相模块提供PWM信号。利用本实用新型，能够提高对永磁电机的控制精度并且提高电机的性能。

Description

基于CPLD与DSP的信号采集及电机控制系统

技术领域

本实用新型涉及同步电机的控制系统，特别是基于CPLD与DSP的信号采集及电机控制系统。

背景技术

现阶段，我国高速列车得到了迅猛的发展，大功率永磁电机在列车上的应用更是大大提高了高速列车的发展速度。但是，对大功率永磁电机的精确控制一直是业内难题。

例如，在使用永磁电机的高速列车于低速行使时，可以对永磁电机进行精确控制；但在列车高速行使时，在永磁电机弱磁情况下，无法对永磁电机进行精确控制。因此，需要对永磁电机的控制系统进行改进，以提高对永磁电机的控制精度并且提高电机的性能。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型的目的是提高对永磁电机的控制精度并提高电机的性能。

为实现上述目的，本实用新型提出以下技术方案：

一种基于CPLD与DSP的信号采集及电机控制系统，包括TI公司的DSP芯片TMS320F28335、CPLD换相模块、电流检测模块、IGBT驱动电路，其中，所述DSP芯片、CPLD换相模块和IGBT驱动电路依次连接，所述电流检测模块与所述DSP芯片连接，其中，所述电流检测模块获取与其连接的交流电机的电流采样并提供给所述DSP芯片，所述DSP芯片基于获取的电机转速和所述电流采样为CPLD换相模块提供PWM信号。

优选地，所述CPLD换相模块向所述DSP芯片的CAP/QEP单元提供信号用于所述交流电机的速度检测。

优选地，所述信号采集及电机控制系统还可包括键盘及显示电路，其与所述DSP芯片通过双口RAM连接。

优选地，所述CPLD换相模块为Altera公司的MAX系列可编程逻辑器件EPM7256E。

优选地，所述IGBT驱动电路为日本富士通公司的专用驱动模块EXB841。

因此，利用本实用新型中提供的基于CPLD与DSP的信号采集及电机控制系统，能够提高对永磁电机的控制精度并且提高电机的性能。

附图说明

下面根据实施例和附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是FOC控制结构示意图；

图2是本实用新型提出的电机控制系统的总体结构示意图；

图3是逆变器IGBT主电路的结构示意图。

具体实施方式

以下给出了本实用新型中提供的基于CPLD与DSP的信号采集及电机控制系统的一个具体实施例。

与现有技术相比，本实用新型采用TI公司(Texas Instruments Incorporated，德州仪器)的浮点DSP(如TMS320F28335，可商购)和CPLD构成处理器控制板，能够提高对永磁电机的控制精度并且大大提高电机的性能。

DSP芯片TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路威TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)，12位16通道ADC。

本实用新型提出的电机控制系统采用磁场定向矢量控制的方法对电机变频，又称FOC控制(即磁场定向控制)。FOC控制结构示意图如图1所示。本实用新型的控制方法是：分别对速度、磁场两个分量进行独立控制，实现解耦控制。矢量控制使得可以从零转速起进行速度控制，即使低速亦能运行，调速范围广；且可以对转矩实行精确控制；系统的动态响应速度非常快；电动机的加速特性很好。

图2是本实用新型提出的基于CPLD与DSP的信号采集及电机控制系统的总体结构示意图。该控制系统包括：包括TI公司的DSP芯片TMS320F28335、CPLD换相模块、电流检测模块、IGBT驱动电路，其中，DSP芯片、CPLD换相模块和IGBT驱动电路依次连接，电流检测模块与该DSP芯片连接，其中，所述电流检测模块获取与其连接的交流电机的电流采样并提供给DSP芯片，DSP芯片基于获取的电机转速和电流采样为CPLD换相模块提供PWM信号。

DSP可通过速度环与电流环调节PWM的占空比实现对转速的控制。指定转速可通过键盘模块输入，键盘输入模块和显示电路通过双口RAM(即，DRAM)与DSP实现数据的交换。键盘无输入时，DSP不断向双口RAM写入数据，显示电路从双口RAM读出数据并显示出来；键盘有输人时，先发信号给DSP，DSP停止向双口RAM写入数据，待键盘数据输入后，再发中断信号给DSP，DSP从双口RAM读入指定的转速。

优选的，CPLD换相模块向DSP芯片的CAP/QEP单元提供信号用于交流电机的速度检测。该速度检测通过对提供给CAP/QEP单元的信号的上下沿的检测来实现。由于电机两相间的位置固定，根据两次脉冲的时间差，经过简单的计算即可得到电机的转速。DSP将输入的指定转速与测得的反馈转速相减，根据偏差的大小采用一定的控制算法可实现电机速度环的控制。速度环的输出为给定电流。电机的绕组电流由电流检测模块送至DSP。A/D转换器根据给定电流与检测电流的差值同样采用PI控制算法即可实现对PWM占空比的调整，从而最终实现对转速的控制。

CPLD换相模块采用Altera公司的MAX系列可编程逻辑器件EPM7256E。该器件基于电擦除EEPROM，可重复编程100次以上，具有较多的输入/输出引脚，基本满足多相电机换相控制的需要。开发工具为MAX PLUSII软件，可采用原理图设计、波形输入设计和文本输入设计，能根据指定的引脚配置自动生成熔丝文件，可采用JTAG方式对CPLD器件下载编程。

使用MAX PLUSII构建所需要的逻辑结构图，自动生成熔丝文件后对CPLD器件下载编程。CPLD器件的输入为DSP给出的PWM脉宽调制信号，CPLD器件的输出为各个IGBT驱动电路(即逆变器驱动电路)的控制信号。由于采用CPLD进行换相，CPLD的复位引脚单独接一复位开关，当DSP复位时，并不影响CPLD进行换相，使得换相非常可靠，能始终保持电机运行在正确的相序，增强了系统的抗干扰能力。另外，将电机的换相信号通过CPLD的一个输出引脚送至DSP的一个CAP/OEP单元，电机换相时，此信号的高低电平将发生变化，DSP的CAP/OEP单元通过检测电平上下沿的变化来计算转速。

电机电枢绕组的连接采用H桥形，功率开关器件采用IGBT，主电路的结构如图3所示。IGBT的驱动采用日本富士通公司为其3 000A/1 200V快速型IBGT产品配套的专用驱动模块EXB841(可商购)来实现。整个电路信号延迟时间不超过1μs，最高频率可达50kHz，并具有过流及慢速关断功能。当发生过流时，电路将低电平信号送至DSP的PDPINT保护引脚，从而封锁PWM脉冲的输出，避免系统发生大的故障。

因此，本实用新型以TMS320F28335数字信号控制器为控制核心，辅以可编程逻辑器件及外围电路，设计出了同步永磁电机的调速控制系统。利用以美国TI公司推出的TMS320F28335数字信号处理器为代表的面向电机控制的高性能数字信号处理器，可以在列车高速运行时对交流电机进行精确控制，大大提高了交流电机的性能，从而得到性能优良的控制系统。同时，可编程逻辑器件特别是高密度的复杂可编程逻辑器件CPLD的出现，使得外围逻辑电路大大简化，增强了系统的可靠性。

Claims (5)

1.一种基于CPLD与DSP的信号采集及电机控制系统，包括TI公司的DSP芯片TMS320F28335、CPLD换相模块、电流检测模块、IGBT驱动电路，其特征在于，所述DSP芯片、CPLD换相模块和IGBT驱动电路依次连接，所述电流检测模块与所述DSP芯片连接，其中，所述电流检测模块获取与其连接的交流电机的电流采样并提供给所述DSP芯片，所述DSP芯片基于获取的电机转速和所述电流采样为CPLD换相模块提供PWM信号。

2.根据权利要求1所述的信号采集及电机控制系统，其特征在于，所述CPLD换相模块向所述DSP芯片的CAP/QEP单元提供信号用于所述交流电机的速度检测。

3.根据权利要求1或2所述的信号采集及电机控制系统，其特征在于，还包括键盘及显示电路，其与所述DSP芯片通过双口RAM连接。

4.根据权利要求1或2所述的信号采集及电机控制系统，其特征在于，所述CPLD换相模块为Altera公司的MAX系列可编程逻辑器件EPM7256E。

5.根据权利要求1或2所述的信号采集及电机控制系统，其特征在于，所述IGBT驱动电路为日本富士通公司的专用驱动模块EXB841。

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