一种单fpga实现的多台异步电机控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种单FPGA实现的多台异步电机控制系统及控制方法，由IP核输出PWM驱动脉冲，光耦隔离单元接收IP核提供的PWM驱动信号，将PWM驱动信号输出给逆变单元，逆变单元接收由光耦隔离单元中隔离后的PWM驱动脉冲，驱动电机运转并产生一电压信号，电压电流检测单元逆变单元中产生的电压信号转换成数字信号，再通过串口隔离后输入IP核，在IP核内通过SVPWM算法和VVVF算法得到每台电机的6路PWM脉冲信号，通过上述方式，本发明能够采用单块FPGA芯片达到以极少的硬件资源实现多台电机的控制，同时采用强电和弱电隔离的措施，保证了系统不受强电部分的干扰，提高了系统的可靠性。
【专利说明】—种单FPGA实现的多台异步电机控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机控制领域，特别涉及一种单FPGA实现的多台异步电机控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]随着现在科学技术的不断发展，各领域技术也越来越先进，而在许多工业应用领域，如数控机床、电脑横机等大型设备中，一般都需要多台异步电机同时驱动不同机构进行协同工作，这就涉及到多台异步电机的协同控制问题。目前一般的控制方式都采用一块微处理器控制一台电动机的方式，然后再采用一块总的微处理器，通过通讯接口，如RS485或CAN等接口，来协调控制各微处理器，从而实现多台异步电机的控制。其主要缺陷是:采用这种控制方式，需要一块主微处理器和多块子微处理器，并且需要解决主微处理器与各子微处理器之间的通讯问题，因此需要硬件上的成本而且也需要编写相应的通讯软件，导致系统实现成本较高，同视模块需要的资源较多，控制方法较为复杂，导致运算的速度低。
【发明内容】
[0003]本发明主要解决的技术问题是提供一种单FPGA实现的多台异步电机控制系统及控制方法，由一块FPGA芯片实现以极少的硬件资源实现多台异步电机的控制，并且整个系统的弱电与强电都能实现电气隔离，保证了控制系统能够可靠工作，不受强电部分电路的影响。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种单FPGA实现的多台异步电机控制系统，包括:FPGA IP核和多台电机，所述IP核和每台所述电机的通路中均串联有光耦隔离单元、逆变单元和多路串行的电压电流检测单元；
所述FPGA IP核，输出PWM驱动脉冲，每台电机对应六路PWM驱动脉冲；
所述光耦隔离单元，接收所述FPGA IP核提供的PWM驱动信号，同时将强电和弱电进行隔离，将PWM驱动信号输出给所述逆变单元；
所述逆变单元，接收由所述光耦隔离单元中隔离后的PWM驱动脉冲，驱动电机运转，并产生一电压信号；
所述电压电流检测单元，将所述逆变单元中产生的电压信号转换成数字信号，再通过串口隔离后，输入所述FPGA IP核。
[0005]在本发明的一较佳实施例中，所述FPGA IP核包括单台电机SVPWM算法模块，所述单台电机SVPWM算法模块包括:
根据给定的频率、运行方向和是否运转，得到空间矢量的位置α和调制比m的旋转矢量产生模块；
接收空间矢量的位置α和调制比m数据，根据预定公式计算空间矢量作用时间的运算模块；
根据空间矢量作用时间得到6路PWM脉冲的PWM状态模块；将6路PWM脉冲转换成最后的三相逆变单元的6路PWM脉冲的死区模块；
对所述旋转矢量产生模块、运算模块、PWM状态模块进行时序管理的时序管理模块。
[0006]在本发明的一较佳实施例中，所述运算模块包括正余弦模块和乘法模块，所述正余弦模块和所述乘法模块分别与所述时序管理模块，接收所述时序管理模块分配的时钟信号。
[0007]本发明还提供一种单FPGA实现的多台异步电机控制系统的控制方法，具体步骤如下:
(100)给所要控制的每台电机分配相应的命令信号，所述命令信号包括:频率、旋转方向和是否运行；
(200)将第η台电机的三个命令信号输入单台电机的VVVF控制算法模块，采用SVPWM算法得到第η台电机的PWM脉冲并锁存输出，并把第η台电机的空间矢量所在的位置和扇区锁存下来，完成第η台电机的控制；
(300)把第η=η+1台电机的三个命令信号送入上述单台电机的VVVF控制算法模块中，重复步骤(200)。
[0008]在本发明的一较佳实施例中，所述步骤(200)中SVPWM算法的步骤如下:
(210)、首先根据给定的频率、运行方向和是否运转，得到空间矢量的位置α、调制比m
和空间矢量所在的扇区sector ；
(220)、由上述空间矢量的位置α计算得到α角对应的正余弦值sina和cos a ；(230)、再通过矢量分解计算得到空间电压的两个分解矢量的作用时间Tl、T2和零矢量的作用时间TO ；
(240)、接着通过比较得到3路PWM脉冲信号周期TCl、TC2、TC3 ；
(250)、然后将上述3路PWM脉冲信号周期取反，得到6路PWM脉冲信号。
[0009]在本发明的一较佳实施例中，在步骤(230)中，所述空间电压的两个分解矢量的作用时间Tl、T2和零矢量的作用时间TO的计算公式分别为:
【权利要求】
1.一种单FPGA实现的多台异步电机控制系统，其特征在于:包括:FPGA IP核和多台电机，所述IP核和每台所述电机的通路中均串联有光耦隔离单元、逆变单元和多路串行的电压电流检测单元； 所述FPGA IP核，输出PWM驱动脉冲，每台电机对应六路PWM驱动脉冲； 所述光耦隔离单元，接收所述FPGA IP核提供的PWM驱动信号，同时将强电和弱电进行隔离，将PWM驱动信号输出给所述逆变单元； 所述逆变单元，接收由所述光耦隔离单元中隔离后的PWM驱动脉冲，驱动电机运转，并产生一电压信号； 所述电压电流检测单元，将所述逆变单元中产生的电压信号转换成数字信号，再通过串口隔离后，输入所述FPGA IP核。
2.根据权利要求1所述的单FPGA实现的多台异步电机控制系统，其特征在于:所述FPGA IP核包括单台电机SVPWM算法模块，所述单台电机SVPWM算法模块包括: 根据给定的频率、运行方向和是否运转，得到空间矢量的位置α和调制比m的旋转矢量产生模块； 接收空间矢量的位置α和调制比m数据，根据预定公式计算空间矢量作用时间的运算模块； 根据空间矢量作用时间得到6路PWM脉冲的PWM状态模块； 将6路PWM脉冲转换成最后的三相逆变单元的6路PWM脉冲的死区模块； 对所述旋转矢量产生模块、运算模块、PWM状态模块进行时序管理的时序管理模块。
3.根据权利要求1所述的单FPGA实现的多台异步电机控制系统，其特征在于: 所述运算模块包括一个正余弦模块和一个乘法模块，所述正余弦模块和所述乘法模块分别与所述时序管理模块，接收所述时序管理模块分配的时钟信号。
4.一种单FPGA实现的多台异步电机控制系统的控制方法，其特征在于:具体步骤如下: (100)给所要控制的每台电机分配相应的命令信号，所述命令信号包括:频率、旋转方向和是否运行； (200)将第η台电机的三个命令信号输入单台电机的VVVF控制算法模块，采用SVPWM算法得到第η台电机的PWM脉冲并锁存输出，并把第η台电机的空间矢量所在的位置和扇区锁存下来，完成第η台电机的控制； (300)把第η=η+1台电机的三个命令信号送入上述单台电机的VVVF控制算法模块中，重复步骤(200)。
5.根据权利要求4所述的单FPGA实现的多台异步电机控制系统的控制方法，其特征在于:所述步骤(200)中SVPWM算法的步骤如下: (210)、首先根据给定的频率、运行方向和是否运转，得到空间矢量的位置α、调制比m和空间矢量所在的扇区sector ； (220)、由上述 空间矢量的位置α计算得到α角对应的正余弦值sina和cos a ；(230)、再通过矢量分 解计算得到空间电压的两个分解矢量的作用时间Tl、T2和零矢量的作用时间TO ； (240)、接着通过比较得到3路PWM脉冲信号周期TC1、TC2、TC3 ；(250)、然后将上述3路PWM脉冲信号周期取反，得到6路PWM脉冲信号。
6.根据权利要求5所述的单FPGA实现的多台异步电机控制系统的控制方法，其特征在于:在步骤(230)中，所述空间电压的两个分解矢量的作用时间T1、T2和零矢量的作用时间TO的计算公式分别为:
【文档编号】H02P5/74GK103944461SQ201410115541
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】杨浩东, 徐惠刚 申请人:苏州相城常理工技术转移中心有限公司