更全的杂志信息网

基于DSP和FPGA的多电机控制平台系统的设计

更新时间:2009-03-28

0 引言

近年来,计算机、电力电子及电机等技术发展势头迅猛,航空、工业和军事等行业中开始大规模运用永磁同步电动机。对比传统交流变频电动机,永磁同步电动机具有明显优势,不仅装配及加工操作方便,拥有良好的节能效果、较强的可靠性和简化的结构系统,还省略了电刷、电刷的安装操作,所以应用范围极广。圆形/六边形磁链是控制普通永磁同步电机的主体,具有磁链异变和较大转矩脉动的问题,干扰控制系统功能的正常运行。鉴于此,本研究在联合FPGA、DSP的基础上,对永磁同步电机直接转矩控制系统开展了分析。

⑨ ㉘ ㉜ Caronline Rogus,“Fighting the Establishment:The Need for Procedural Reform of Our Paternity Laws”,Michigan Journal of Gender& Law,67(21),2014,p.79,p.98,pp.114 ~115.

1 控制平台的结构和功能

在多电机速度伺服系统中的结构设计一般情况下包括:控制平台1个,以及驱动器2个,BLDCM2台,如图1所示。

  

图1 多电机速度伺服系统的结构

在平台设计过程中,以浮点DSP-TMS320VC33以及成本较低的FPGA-EP2C8为主要基础内容,一般情况下在平台设计过下需要完成以下几个功能:①对传达的速度指令进行接收;②对速度环计算进行实施,并完成;③对电流环计算进行实施,并完成;④PWM控制信号在此产生;⑤对产生的速度检测值进行获取;⑥对产生的电流检测值进行获取。浮点DSP适用于对控制算法的实现过程,FPGA擅长对时序电路以及逻辑电路工作进行完成。因而,主控制器使用DSP,完成1-3中的各项功能,主控制器FPGA主要针对4-6的功能进行完成。在DSP和FPGA交流过程中所产生的数据主要有:电机速度检测值的采取、电流检测数值、电流环计算所得值。

2 DSP和FPGA的接口设计

在本文中所采用的DSP是TMS320F28335,与TMS320 F2812相比,更加具有较大的浮点计算能力。所采用的EP1C3T144C6(FPGA)成本较低,编程程序简单,引脚较多,包括10320个逻辑单元、92个使用者IO,46个乘法器和2个PLL(锁相环)。可以利用DSP中捕捉单元对DSP和FPGA重要接口进行设计,这样不仅可以方便接收电机的反馈信号,反馈所得信号可以将使用电机的转子速度以及位置进行计算。霍尔传感器通过DSP将模拟的信号转成数字信号,实现对电流以及电压的计算。DSP利用脉冲信号将计算出来的结果传送给FPGA。UFO,VFO,WFO,FO信号通过FPGA发出后,对PWM脉冲信号进行运行和停止判断。依据FPGA所承受的各种系统功能以及其特点,对系统中的软件部分分成DSP软件部分和FPGA软件两部分,在DSP软件部分中主要包括了对电机主要程序的设计、系统中断处理程序的设计、ADC转换程序设计、控制算法程序设计、控制算法程序设计、FPGA按键软件设计等。

2.1 主程序设计

从泥状食物开始,最终并入到成人饮食,这期间需要做的不仅仅是食物性状上的机械转变,更需要锻炼的是宝宝口腔肌肉群的进化能力。

利用空间矢量脉宽调制程序(SVPWM)进行控制策略的实现,SVPWM通过三相逆变器的三种通断模式,构成的磁链矢量在物理空间上呈现近似圆形的状态。扇区细分控制程序首先要进行磁链区段的确定,而后依照区段号进行电压矢量的确认,然后进行6个IGBT通断状况的计算。因为DSP的事件管理器模块能够便捷地进行PWM脉冲信号的输出,因此,仅仅依照占空比进行模块中对应的寄存器的配置,从而使DSP的PWM接口发出六路PWM脉冲信号。

2.2 中断处理程序设计

在本文中对ADC模块设计时,主要是通过初始化函数以及读取函数得以完成,初始化函数设置主要针对模块中的存储器进行设置;读取函数主要是获取电流传感中的数值,利用A/D转变后发送给DSP进行相关处置。

2.3 ADC转换程序设计

在实现中断处理程序过程中检测程序以及控制算法部分得以实现,一旦发生中断情况,DSP通过向量表检测出中断位置,然后进行处理。为了有效保护电路,在本文中设计的电路中断处理程序,高电平作为告警中断的引脚,一旦有告警信号发出,中断引脚自会对中断进行处理,通过FPGA使PWM脉冲得以输出。

和普通输尿管硬镜相比较,输尿管软镜可以到达许多硬镜不能到达的肾盂及肾盏,与PCNL手术相比较又避免了通道建立对肾脏的损伤,因此近年来输尿管软镜越来越多地应用于肾脏及输尿管上段结石的治疗,其适应证也越来越扩大,从结石大小、结石部位都有不同程度的放宽[7,8]。除此之外,术者的经验也越来越影响手术的效果,相同情况下,经验越丰富,手术时间越短,结石清除率越高。但输尿管软镜的使用过程中,仍有一定比例的病例无法上镜,不能顺利进行输尿管软镜下碎石取石,限制了输尿管软镜的更大范围应用[9]。

对主程序设计过程中为了杜绝设计过程中被中断,首先关闭全部程序自动中断功能,随后对各种接口以及系统中的各种变量进行初始化,当完成初始化工作后,为了可以保护对外部的中断过程中,锁定电机转子过程中的位置,利用PWM控制器进行有效中断,CPU在等待过程中会自动跳转。

2.4 控制算法程序设计

1950年代云南掀起的民族民间文学、“新民歌”热潮与1953年2月召开的“云南省文艺工作会议”有很大关系。结合民族歌舞会演,该会议开始讨论开展民族民间文艺工作的问题。会上提出了指导方针、工作方法。方针有:为工人农民服务、为兄弟民族服务等;方法则包括和兄弟民族实行“四同”(同吃、同住、同劳动、同歌唱)等内容。

2.5 FPGA按键软件设计

本研究设计的读按键值主要通过中断处理程序来获取,在按键处于闭合状态时,则会向FPGA发送1个中断信号,然后FPGA便会进行中断处理,在中断处理花费的时间高于按键自身抖动的时间时,那么按键的抖动则不会对程序产生影响。一般状况下,中断处理需要的时间远低于按键抖动的时间,从而一次的按键往往会造成多次误读的严重后果,进而引发对此中断处理。为保障按键值读取的准确性,本研究进行了按键抖动去除软件设计,软件在进行去抖的过程中,FPGA接收到中断信号后,中断处理程序会先进行IS ms的延时,然后进行中断电平的再次检测,如果电平依旧是触发中断值,那么会认为有键按下,从而进行后续操作的执行。

3 仿真结果

依据FPGA的功能设计流程通过在QuartusII 7.0环境中建立了矢量波型文件,以此为激励对每个模块中的功能以及时间进行仿真处理。图2和图3为PWM速度检测以及发生模块过程的仿真结果图,图2中M1表示BLDCM1信号,M2表示BLDCM2信号。MxHy表示三相霍尔输入信号,MxPWMIN是通过DSP发出的电流环计算结果,MxPWMVy表示6路PWM输出信号。由图2(a)得知,计算所得的电流环的结果不管是独立运行还是速度协同运行,通常是由DSP单独进行确立。由图2(b)可知,流通时间内生成A/D启动信号。图3中,CLK计算数量,HALL代表霍尔注入信号,SPEEDTEMP代表数值计数器,SPEEDOUT计算所得电机速度值。从图3(a)可知,霍尔信号通过速度检测模块进行计量,进而获得对应的计数值和真实速度。图3(b)中,HAC、HA-D、HA-A 和 HA-B 顺序对HALL信号实行时间延长,如果最后两个信号的结合 HA-BUF-A 最终等于 2,此时霍尔信号呈现上升延时,生成计数启动信号START。仿真结果表明,各个功能模块的功能和时序能够满足要求。

  

图2 PWM发生模块的时序仿真结果

  

图3 速度检测模块的时序仿真结果

4 实验结果

在速度伺服实验系统中,对采用的BLDCM的参数设置为:额定电压200V;额定转速3000 r/min、额定转矩1.6N·m;极对数 3;转子转动惯量 2.79×10-4kg·m2;相电阻1.54Ω;相绕组自感6.5mH;相绕组互感 0.62 mH。BLDCM的绕组为星型连接,通过两相连接三相六状态的工作模式,采用开关型霍尔元件A3144进行检测换相以及速度。A/D选用14位、4通道同时采样、并行输出的AD7865AS-2。对2台BLDCM进行同步控制的实验结果中 BLDCM1的速度是 2 500r/min,BLDCM2以 2800r/min的速度跟随运行。同时对2台BLDCM进行独立控制的实验结果中BLDCM1的速度在 2500r/min和-2150r/min之间交替变化;BLDCM2的速度在-2200r/min和 1800r/min之间交替变化。

5 结论

结合仿真实验,可以得出结论:本课题所设计的永磁同步电动机直接转矩控制策略(呈扇区细分)具有非常显著的优势。通过对永磁同步电机控制系统平台进行构建,借助软件硬件联调的方式,能够进一步验证上述策略具有较高的可行性。

参考文献:

[1]于凯平,郭宏,吴海洋.采用DSP和FPGA多电机速度伺服驱动控制平台[J].电机与控制学报,2011,9.

[2]陈健.基于DSP和FPGA的永磁同步电机控制系统研究[D].安徽工程大学,2016.

[3]肖志远.基于DSP+FPGA的排爆机器人控制系统设计与实现[D].华南理工大学,2015.

[4]肖盛旺.基于DSP和FPGA的异步电机矢量控制系统的研究[D].湖南大学,2006.

[5]于贺平,徐金全,郭宏,程照强.基于DSP和FPGA架构的航天钻取机构用多电机驱动控制平台[J].微电机,2016,5.

 
王京
《机电产品开发与创新》2018年第01期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号