CN203896234U - 基于嵌入式系统的多电机同步控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于嵌入式系统的多电机同步控制装置。它采用C2000系列DSP芯片(1)和STM32系列ARM芯片(2)，两块芯片通过CAN总线(8)通信。DSP芯片(1)驱动智能功率模块IPM(4)，从而控制多台电机(5)。ARM芯片(2)扩展了RJ45以太网接口(6)并与触摸屏(3)连接，使装置既可以通过双绞线和远程PC控制端(7)连接和通信，也可以组成现场的人机交互界面。双处理器芯片分工明确，结构合理。该装置解决了现有技术的结构复杂、稳定性不高、使用维护不方便的缺点，可满足现代工业中对多台电机的转速同步控制的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电机控制装置，具体是涉及一种基于嵌入式系统的多电机同步控制装置。
背景技术
传统的多电机同步控制，大多数是采用机械同步控制方式，这种传统的控制方式的动力源是一台大功率电机，通过刚性的齿轮、齿条传动或柔性带式、链式传动，它是机械结构的刚性连接传动，来实现多轴同步控制。机械同步方式的缺点是拓扑结构相对固定，当需要增减单元或改变转速比时不易操作；由轴、传送带、键、齿轮等组成的传动构件由于连接过多，会产生累积误差；传动机构结构复杂，体积庞大，维修困难，容易磨损。
另一种控制方式采用电方式，是指在机器传动关系中没有主电动机及传动主轴的构件。其自身的传动精确，减少机器调整时间，而且为远期的调整及控制系统的升级改造创造了条件。但是，实际生产中现有的同步控制装置具有数量众多、结构复杂、故障率高、使用维护不方便、维修工作量大等缺点。
实用新型内容
针对上述情况和实际生产中的需要，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式系统的多电机同步控制装置，该装置体积小、操作维护方便，控制性能优秀，可满足现代工业中对多电机同步控制的要求。
本实用新型的基于嵌入式系统的多电机同步控制装置如图1所示，是通过以下技术方案实现的：
1.一种基于嵌入式系统的多电机同步控制装置，包括：数字信号处理器DSP芯片(1)、控制处理器ARM芯片(2)、触摸屏(3)、智能功率模块IPM(4)、RJ45以太网接口(6)和CAN总线(8)，其特征在于：所述装置采用嵌入式系统结构，DSP芯片(1)与ARM芯片(2)通过CAN总线(8)连接和通信，ARM芯片(2)扩展RJ45以太网接口(6)和连接触摸屏(3)，并通过双绞线与远程PC控制端(7)连接和通信，DSP芯片(1)输出PWM驱动智能功率模块IPM(4)，智能功率模块IPM(4)输出电压驱动多台电机(5)。
2.ARM芯片(2)通过RJ45以太网接口(6)与远程PC控制端(7)连接通信，实现远程控制，ARM芯片(2)和触摸屏(3)组成人机交互界面，实现现场控制。其特征在于：处理器的分工不同，DSP芯片(1)主要负责控制电机，ARM芯片(2)主要负责控制各种外设和与外界交互。
3.数字信号处理器DSP芯片(1)选用C2000系列的DSP芯片，控制处理器ARM芯片
(2)选用STM32系列的ARM芯片。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优势：
1.控制装置采用嵌入式系统结构，体积缩小，成本减少，控制精度提高，功耗降低，稳定性提升。C2000系列DSP芯片中，既有高运算速度和高控制能力的定点型DSP，又有能够执行复杂浮点运算能力的浮点型DSP。STM32系列ARM芯片采用了哈佛结构的Cortex-M3的内核，拥有独立的指令总线和数据总线，具有高控制性能而且还有低功耗，低成本等优点。
2.采用DSP芯片和ARM芯片双处理器结构，ARM芯片负责控制各种外设与外界交互，可以使DSP芯片从繁琐的控制外设中解放出来，使之专注于电机的复杂、快速实时性的控制要求。ARM/DSP双处理器结构使装置分工明确，结构合理。
3.本实用新型考虑到实际生产应用中各种需求的不同，当需要扩展外设时，CAN总线方便各芯片和外设相互连接和通信。同时，装置中扩展的以太网接口，可以使装置接入以太网，形成网络化控制体系。
附图说明
图1是本实用新型基于嵌入式系统的多电机同步控制装置结构示意图。
图2是本实用新型装置的硬件系统基本结构示意图。
图3是本实用新型装置应用TXB0108的驱动电路。
图4是本实用新型装置的A/D输入前端处理电路。
图5是本实用新型的多台电机同步控制结构框图。
图中：1.数字信号处理器DSP芯片，2.控制处理器RAM芯片，3.触摸屏，4.智能功率模块IPM，5.多台电机，6.RJ45以太网接口，7.远程PC控制端，8.CAN总线，9.速度控制器，10.速度传感器，11.电机A，12.电机B，13.速度补偿器A，14.速度补偿器B。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施实例对本实用新型作进一步详细描述。
1.硬件系统基本结构
本实用新型基于嵌入式系统的多电机同步控制装置结构如图1所示，包括：数字信号处理器DSP芯片(1)、控制处理器ARM芯片(2)、触摸屏(3)、智能功率模块IPM(4)、RJ45以太网接口(6)和CAN总线(8)。DSP芯片(1)与ARM芯片(2)通过CAN总线(8)连接和通信，ARM芯片(2)扩展RJ45以太网接口(6)和连接触摸屏(3)，并通过双绞线与远程PC控制端(7)连接和通信，DSP芯片(1)驱动智能功率模块IPM(4)，智能功率模块IPM(4)驱动多台电机(5)。
所述装置的硬件系统基本结构如图2所示，主要包括电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口电路及外围电路。DSP芯片(1)通过GPIO输出PWM驱动智能功率模块IPM(4)，智能功率模块IPM(4)输出电压控制多台电机(5)。ARM芯片(2)通过RJ45以太网接口(6)与远程PC控制端(7)连接通信，可远程输入指令和观察电机运行状况。ARM芯片(2)和触摸屏(3)，在控制现场组成人机交互界面，可现场观察电机运行状况和调试、维护控制装置。
2.处理器芯片
DSP芯片(1)的任务包括：对电机转子初始位置进行确定，处理电动机转速及转向，检测光电码盘的位置，检测U相和V相电流，产生SVPWM，通过CAN总线(8)进行通信等。ARM芯片(2)的任务包括：与PC间的网络通信，与触摸屏的交互，通过CAN总线(8)进行通信，辅助采集电流、电压、转速等。
在实施实例中DSP芯片(1)可选用C2000系列数字信号处理器中的浮点型数字信号处理器TMS320F28335，频率可达150MHz，它不仅具有适合复杂运算的浮点单元FPU，还具有利于高精度操作的增强型控制外设，其中多路PWM输出端口为多电机控制提供了可能，正交编码器通道eQEP可以方便检测电机转速和转子位置。ARM芯片(2)可选用基于Cortex-M3内核的STM32系列中的控制处理器STM32F103，频率可达72MHz，具有丰富的外设接口和通信接口，快速的中断处理能力，优越的实时性，是一款高性能、低功耗、低成本微控制器。
3.驱动电路
本实用新型的装置中存在不同电平之间进行数据交换的情况，VME总线的高电平典型值为5V，而DSP芯片(1)和ARM芯片(2)的I/O引脚承受电压一般为3.3V，要实现与VME总线之间的数据交换，需要电平转换电路。图3给出了使用TXB0108实现3.3V与5V之间电平转换的驱动电路。I/O使用过程中，还需要考虑引脚的驱动能力，负载需要维持较大的正向或反向电流，此时可在负载与I/O之间增加驱动电路，以解决DSP芯片(1)和ARM芯片(2)的I/O口驱动能力不足的问题。常用的驱动芯片有SN74LS245、SN74LVC16245A。
DSP芯片(1)和ARM芯片(2)的A/D转换模块可处理的电压范围为0～3V，但待测量电压范围常常超过这个电压区域，另外，待测电压通常夹杂高频噪声信号，需要对信号进行滤波处理。A/D输入前端处理电路如图4所示，运算放大器U30A与R30、R31、R32、R33构成偏置电路，可将待测电压的范围偏置到0～3V，通过调整4个电阻器的阻值来改变偏置范围。U30B与其周围电阻电容构成一阶有源滤波器，且使用电压跟随式输出，将前端电压与采样点很好地隔离开，通过调节R34的阻值与C30电容的大小可改变截止频率。二极管D30用来限制输入电压的幅值，通常选用具有超快响应速度的瞬态抑制二极管，即TVS管。
3.电机的控制结构
在实施实例中以控制两台电机为例，如图5所示，在DSP芯片(1)中为每台电机配备速度控制器和独立的速度补偿器，当控制更多电机时，可采用同样的控制结构。电机A(11)配备一个的控制器(9)和独立的速度补偿器A(13)；电机B(12)配备一个相同的控制器(9)和独立的速度补偿器B(14)。每台电机和它的速度控制器(9)是一个相对独立的闭环系统，各电机的闭环系统间采用速度补偿器耦合。根据各电机系统间阻尼系数关系，反馈各电机的相对速度，达到多电机速度同步控制的目标。
Claims (3)
1.一种基于嵌入式系统的多电机同步控制装置，包括：数字信号处理器DSP芯片(1)、控制处理器ARM芯片(2)、触摸屏(3)、智能功率模块IPM(4)、RJ45以太网接口(6)和CAN总线(8)，其特征在于：所述装置采用嵌入式系统结构，DSP芯片(1)与ARM芯片(2)通过CAN总线(8)连接和通信，ARM芯片(2)扩展RJ45以太网接口(6)和连接触摸屏(3)，并通过双绞线与远程PC控制端(7)连接和通信，DSP芯片(1)输出PWM驱动智能功率模块IPM(4)，智能功率模块IPM(4)输出电压驱动多台电机(5)。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的多电机同步控制装置，其特征在于：处理器的分工不同，DSP芯片(1)负责控制电机，ARM芯片(2)负责控制各种外设和与外界交互。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的多电机同步控制装置，其特征在于：数字信号处理器DSP芯片(1)选用C2000系列的DSP芯片，控制处理器ARM芯片(2)选用STM32系列的ARM芯片。
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| CN201420244031.7U CN203896234U (zh) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | 基于嵌入式系统的多电机同步控制装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111273612A (zh) * | 2018-12-04 | 2020-06-12 | 广州中国科学院先进技术研究所 | 一种移动机器人运动控制器 |
| CN111769765A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-10-13 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于dsp的智能通用直流电机控制器 |
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2014
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