CN210924236U - 一种基于tms320f28377d的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块 - Google Patents
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Abstract
一种基于TMS320F28377D的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块，作为电机伺服系统控制核心，其主要包括DSP电路、FPGA电路、接口电路、电源电路、数模转换芯片、电平转换芯片、通讯芯片、保护继电器。模块通过接口电路获取角位置传感器的角位置信息和传感器开关信号，FPGA电路解算角度信息和采集保护信号，并传输给DSP电路，DSP电路具有双核控制结构，通过控制算法计算控制量，经数模转换芯片输出信号给电机驱动器驱动电机转动；同时对保护信号进行逻辑分析和开关控制，对伺服系统监控和保护。本实用新型具备很强的数据处理及控制能力，还可对伺服系统进行监控和保护，提高了电机伺服控制的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于TMS320F28377D的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块，用于电机伺服控制的数字控制和报警保护，特别适用于电机转动平台负载价值高，可靠性、安全性要求高的场合。
背景技术
电机伺服控制转台是陀螺、加表以及惯导标定的主要平台，由于伺服控制转台所测试的产品往往价值较高，这就要求电机伺服控制可靠、安全，在任何情况下均不得造成测试产品的损坏，而电机伺服控制模块是转台的重中之重。
现有的电机伺服控制模块一般为单核CPU模式，在电机控制过程中即要不断的在很短的时间内完成电机的伺服控制，又要不断的监控电机控制过程中的各种状态和开关量信号，难以兼顾保护的实时性与电机控制性能，对于保护实时性要求高的场合，触发保护的优先级就必须高于电机控制本身，但这也会造成电机控制性能的下降，对产品的测试产生影响。双核控制模块的优点就是控制系统采用双核CPU的模式，不同的CPU(核)完成不同的工作，相互之间不干扰，且可将用于报警保护控制的系统优先级设置为最高，实时的监控电机伺服数字控制过程的各种状态和各种保护用的开关量信号并进行逻辑控制，同时不影响电机控制的性能。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题：克服现有的基于单核CPU模式控制模块电机伺服数字控制性能和报警保护实时性难以兼顾的缺点，提供一种高可靠性、安全性的具有电机伺服数字控制和独立保护功能的双核控制模块。
本实用新型的技术解决方案：具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块，其特征在于：
DSP电路(1)：与FPGA电路相连接，得到角度信息和保护开关量信号，输出控制信号和通讯信号。
FPGA电路(2)：角度信息的解算，通过数据总线将角度值发送到DSP电路(1)中；通过接口电路(3)采集多种保护开关信号(20) 并传输给DSP电路(1)；根据DSP电路(1)的指令发送数字信号到数模转换芯片(14)；根据DSP电路指令发送保护报警控制信号到保护继电器(16)；将DSP电路(1)中的信息通过通讯芯片(15)与外部设备进行通讯。
接口电路(3)：用于采集角度传感器(21)和(22)的信号并将信号传输到FPGA电路(2)中；接收保护用开关信号(20)并传输给 FPGA电路(2)。
电源电路(4)：接收外部电源输入的5V、+15V、-15V，并转换为+3.3V和1.2V对整个模块进行供电。
数模转换芯片(14)和电平转换芯片(13)将模块发出的数字控制指令转化为模拟量输出到电机驱动系统，从而控制电机转动。
通讯芯片(15)与FPGA电路(2)相连，实现控制模块与外部设备的通讯。
通过保护继电器(16)，控制模块可以实现电机驱动动力电的断开。
本实用新型的原理：通过双核DSP芯片搭建双核控制模块，实现电机控制的数字控制和独立的保护报警功能。数字控制部分通过不断得到经FPGA电路解算的高精度角度传感器的角度信息，与目标控制指令对比求差，并通过PID控制算法计算，得出数字控制量，经数模转换芯片转换为模拟量控制信号给电机驱动系统，从而驱动电机转动，完成电机伺服的数字闭环控制；保护报警部分是通过实时采集低精度、低成本角度传感器信号和保护用开关量信号，并经过逻辑运算，实施对整个电机伺服控制系统的实时监控，通过保护继电器控制电机伺服控制的关断。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型利用高性浮点TMS320F28377D双核芯片搭建具有高性能的电机伺服数字控制和独立保护控制功能的双核控制模块，选用FPGA芯片EP2C35F484I8N 作为角度解算和数据信号的传输，与现有单核CPU控制模块相比具有以下优点：
1)较传统的单核CPU控制模块，本实用新型通过双核CPU芯片搭建的控制模块，电机伺服数字控制和保护报警控制相互独立，该双核CPU运算能力强大，可实现复杂的数字控制算法，保证电机伺服数字控制的高性能；独立的保护报警功能提高了电机伺服控制保护的实时性，不影响电机伺服控制的性能。
2)通过提高控制模块保护报警控制的优先级，可大大提高控制系统的可靠性、安全性。特别适用于航空航天等对可靠性、安全性有严格要求的领域。
附图说明
图1为本实用新型的结构组成框图；
图2为本实用新型中的数字控制原理框图；
图3为本实用新型中的保护报警控制原理框图；
图4为本实用新型中的DSP电路图；
图5为本实用新型中的FPGA电路图；
图6为接口电路图；
图7为本实用新型中的数模转换芯片和电平转换芯片电路图；
图8为保护继电器电路图；
图9为通讯芯片电路图；
图10为电源电路图；
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的硬件模块主要由DSP电路、FPGA电路、接口电路、电源电路、数模转换芯片、电平转换芯片、通讯芯片、保护继电器几部分组成，其中DSP电路包括双核DSP芯片、FLASH芯片、EEPROM芯片、两个晶振；FPGA电路包括FPGA芯片、晶振、配置芯片；接口电路包括光电耦合器、两个RS 485转换器。RS485转换器分别将高精度和低精度角度传感器信号传送给FPGA电路进行角度解算，光电耦合器将开关报警信号传输给FPGA电路，FPGA电路将解算的角度信息和开关报警信息通过并行数据总线输入到DSP电路中， DSP电路中数字控制核将高精度角度信号作为反馈与当前目标角度进行差值计算并经PID数字控制算法计算处数字控制量，再通过数模转换芯片和电平转换芯片输出模拟量控制信息给电机驱动系统驱动电机转动，电机转动后又带动角度传感器转动产生新的反馈，从而形成控制闭环；DSP电路中的保护报警部分根据接收到的低精度角度信息和开关报警信息实时监控电机伺服数字控制系统，并对各种信息进行逻辑运算，当监测到异常信息或状态时，即触发报警保护，并通过保护继电器来断开电机控制的动力电，使电机停止转动；电机伺服数字控制和保护报警控制是独立分开的，即保证了数字控制的高性能，又提高了保护报警的实时性。
如图2所示，给出了本实用新型控制模块中的数字控制原理， FPGA电路将高精度角度传感器的信号解算给DSP电路，DSP电路根据角度反馈与目标指令进行差值计算并通过控制算法得出控制量，经过数模转换控制电机转动，电机又带动角度传感器转动，形成控制闭环。
如图3所示，给出了本实用新型控制模块中的保护报警控制原理， FPGA电路将低精度角度传感器信号解算给DSP电路，DSP电路根据角度反馈和开关I/O信息进行保护逻辑运算，如触发保护则停止电机伺服数字控制，使电机停止转动。
如图4所示，本实用新型采用TI公司TMS320F28377D作为控制模块的双核芯片，与以往的单核DSP芯片相比，其具有两个32位具有浮点计算的CPU，支持第三方开发的双区安全时钟和系统控制，运算能力强大，可独立完成不同系统的功能。
如图5所示，本实用新型采用的FPGA芯片为ALTERA公司的 EP2C35F484I8N，I/O资源丰富、配置灵活、时序能力强、速度快，将数字控制中运行状态信息、开关量信号以及角位置传感器数据解算后发送给DSP控制核心，配合DSP电路来完成对电机伺服的精确数字控制和保护报警控制。
如图6所示，通过RS485芯片可完成对角度传感信号的采集， LTV-354T高速光耦作为开关量信号与FPGA电路的光电隔离。
如图7所示，双核控制模块中的模数转换芯片为TI公司的 DAC712UB，具有16位高分辨率，模拟量输出可达到±10V，转换速度快，精度高，通过两个DAC712UB可完成对两个通道的数字控制量的转换。模数转换芯片通过SN74LVC4245ADBR电平转换芯片与FPGA相连，。
如图8所示，使用两个G5V-2-H1-5VDC微型电路板用继电器，可在触发保护报警的情况下对电机控制的使能端进行断电控制，使电机没有动力控制而停止转动。
如图9所示，采用两个MAX3160EAP芯片可实现两路RS232/422 的串口通讯，方便接收外部设备的控制指令和发送相关信息、数据给外部设备。
如图10所示，控制模块中通过TPS75733KTT、TPS73701DCQR、 LP38853S-ADJ三个芯片将输入的5V进行电压转换为3.3V和1.2V，给DSP电路和FPGA电路进行供电，并对输入的±15V进行滤波处理。
Claims (5)
1.一种基于TMS320F28377D的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块其特征在于：包括DSP电路(1)与FPGA电路相连接，得到角度信息和保护开关量信号，输出控制信号和通讯信号；
FPGA电路(2)角度信息的解算，通过数据总线将角度值发送到DSP电路(1)中；通过接口电路(3)采集多种保护开关信号(20)并传输给DSP电路(1)；根据DSP电路(1)的指令发送数字信号到数模转换芯片(14)；根据DSP电路指令发送保护报警控制信号到保护继电器(16)；将DSP电路(1)中的信息通过通讯芯片(15)与外部设备进行通讯；
接口电路(3)用于采集高精度角度传感器(21)和低精度角度传感器(22)的信号并将信号传输到FPGA电路(2)中；接收保护用开关信号(20)并传输给FPGA电路(2)；
电源电路(4)接收外部电源输入的5V、+15V、-15V，并转换为+3.3V和1.2V对整个模块进行供电；
数模转换芯片(14)和电平转换芯片(13)将模块发出的数字控制指令转化为模拟量输出到电机驱动系统，从而控制电机转动；
通讯芯片(15)与FPGA电路(2)相连，实现控制模块与外部设备的通讯；
通过保护继电器(16)，控制模块可以实现电机驱动动力电的断开。
2.根据权利要求1所述的基于TMS320F28377D的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块，其特征在于：所述的DSP电路(1) 包括双核DSP芯片(5)、外扩Flash存储器(7)、外扩EEPROM(8)、晶振1(9)和晶振2(10)，其中双核DSP芯片(5)采用一片TMS320F28377D芯片作为处理器。
3.根据权利要求1所述的基于TMS320F28377D的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块，其特征在于：所述的FPGA电路(2)包括配置芯片(12)、FPGA芯片(6)和晶振1(9)及晶振2(10)，其中FPGA芯片(6)采用EP2C35F484I8N芯片作为逻辑运算处理器。
4.根据权利要求1所述的基于TMS320F28377D的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块，其特征在于：由FPGA电路(2)完成高精度角度传感器(21)、低精度角度传感器(22)的角度解算，为整个控制模块提供角度反馈。
5.根据权利要求1所述的基于TMS320F28377D的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块，其特征在于：所述的接口电路(3)包括高速光电耦合器(17)、RS485转换器1(18)和RS485转换器2(19)。
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| CN201921442344.2U CN210924236U (zh) | 2019-09-01 | 2019-09-01 | 一种基于tms320f28377d的具有数字控制和独立保护功能的双核控制模块 |
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| CN112525136A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-19 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种基于伺服机构的高精度同步位置信息校准系统及方法 |
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2019
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| CN112525136A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-19 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种基于伺服机构的高精度同步位置信息校准系统及方法 |
| CN112525136B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-08-02 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种基于伺服机构的高精度同步位置信息校准系统及方法 |
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