一种基于fpga芯片的多路永磁同步电机控制电路的制作方法

文档序号:8264641阅读:697来源:国知局
一种基于fpga芯片的多路永磁同步电机控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种电机控制电路,具体涉及一种多路永磁同步电机控制电路。
【背景技术】
[0002]在当前的电机控制系统中,一般通过一台电机驱动器或逆变器实现驱动一台永磁同步电机的方法实现电机运转。该种电机驱动器或逆变器内部的核心芯片通常为电机控制专用的DSP芯片或MCU芯片。众所周知,由于永磁同步电机控制算法较复杂,普通的电机控制专用DSP芯片或MCU芯片只能控制一路或至多控制两路永磁同步电机运动,而其内部电机控制电流环算法的控制频率仅为10KHz左右。因此电机驱动器或逆变器内部的核心控制芯片(DSP或MCU芯片)从控制方面,限制了其控制永磁同步电机的个数和速度。随着电机控制领域、伺服领域及工业自动化的发展,越来越多的自动化设备上同时需要多台电机协同进行驱动,如多关节机械臂和机械手、多轴机械加工中心、多余度机电伺服系统等设备。而传统的永磁同步电机驱动器或逆变器不能满足该要求。

【发明内容】

[0003]本发明的目的在于提供一种于FPGA芯片的多路永磁同步电机控制电路,该电路能够实现多路(3?12路)永磁同步电机的驱动控制和协同控制,并且提高电机控制电流环算法频率,可达到MHz级别的控制频率。
[0004]实现本发明目的的技术方案:一种基于FPGA芯片的多路永磁同步电机控制电路,包括FPGA模块、电机转子位置采集模块、电机相电流采集模块和电机功率驱动模块,FPGA模块的相电流信号输入端与电机相电流采集模块的信号输出端连通,FPGA模块的转子位置信号输入端与电机转子位置采集模块的信号输出端连通;电机转子位置采集模块的转子位置信号采集端与永磁同步电机组的转子位置信号输出端连通;电机相电流采集模块的信号输入端与永磁同步电机组的相电流信号输出端连通;电机功率驱动模块的信号输入端与FPGA模块的SVPWM控制信号输出端连通;电机功率驱动模块的信号输出端与永磁同步电机组的电流信号输入端连通;FPGA模块读取电机转子位置采集模块采集的永磁同步电机组的转子位置信号;电机相电流采集模块采集永磁同步电机组的相电流并传送至FPGA模块;FPGA模块接收永磁同步电机组的转子位置信号和相电流信号,输出SVPWM开关信号给电机功率驱动模块,电机功率驱动模块驱动永磁同步电机组运动。
[0005]所述的永磁同步电机组为多路永磁同步电机并联,所述的FPGA模块包括多路永磁同步电机驱动电路。
[0006]所述的每路永磁同步电机的位置信号输出端均与电机转子位置采集模块的信号输入端连通,每路永磁同步电机的相电流信号输出端均与电机相电流米集模块的信号输入端连通;每路永磁同步电机的电流信号输入端均与电机功率驱动模块的信号输出端连通。
[0007]所述的每路永磁同步电机驱动电路均包括CLARK变换模块、PARK变换模块、永磁同步电机电流闭环模块、永磁同步电机速度闭环、永磁同步电机位置闭环模块、PARK逆变换模块、CLARK逆变换模块;CLARK变换模块的输出端依次与PARK变换模块、永磁同步电机电流闭环模块、PARK逆变换模块、CLARK逆变换模块串联;永磁同步电机电流闭环模块的速度控制输入端与永磁同步电机速度闭环模块的输出端连通;永磁同步电机速度闭环模块的输入端与永磁同步电机位置闭环模块的位置闭环输出端连通;永磁同步电机位置闭环模块的转子位置信号输入端与电机转子位置采集模块的信号输出端连通,永磁同步电机位置闭环模块的指令信号输入端与上位机连通;PARK变换模块的转子位置信号输入端与电机转子位置采集模块的信号输出端连通;CLARK逆变换模块的输出端与电机功率驱动模块的信号输入端连通。
[0008]所述的FPGA功能模块通过电机转子位置采集模块采集多路永磁同步电机的转子位置信号,FPGA功能模块通过电机相电流采集模块采集多路永磁同步电机的相电流信号;电机相电流采集模块采集的相电流信号通过CLARK变换模块进行CLARK坐标变换后,再与电机转子位置信号共同通过PARK变换模块进行PARK坐标变换,得到多路永磁同步电机的电流Id和Iq ;电机转子位置信号通过永磁同步电机位置闭环模块、同步电机速度闭环模块进行速度闭环后,与电流Id、Iq共同通过永磁同步电机电流闭环模块进行电流闭环,得到多路永磁同步电机的电压Ud、Uq ;电压Ud、Uq通过PARK逆变换模块、CLARK逆变换模块进行逆变换的坐标变换后,生成控制多路SVPWM开关信号,电机功率驱动模块将SVPWM开关信号进行直流电源逆变,进而驱动多路永磁同步电机运动。
[0009]本发明的有益技术效果在于:(I)多路(3?12路)永磁同步电机驱动控制算法和协同控制算法均设计高度集成在FPGA芯片中,且电机转子位置采集模块和电机相电流采集模块由FPGA功能模块统一协调控制。(2)由于多路电机的位置闭环算法、速度闭环算法和电流闭环算法均设计在一片FPGA芯片内部,故多路电机的位置、速度、电流三环算法可根据电机驱动对象不同,方便地实施相互约束、耦合或补偿控制算法设计,以达到不同的电机间运动的互相协调和配合,实现电机间协同控制功能。(3)多路电机转子位置采集模块,采用统筹设计方法。将单路电机转子位置采集模块进行多路设计优化策略,删减掉重复的电路部分,集中设计该模块,节省了成本,减小了该电路的体积。(4)多路(6路为例)电机相电流采集模块,至少需采样12路电流模拟信号。单路电机相电流采集模块可选用双路模拟信号采集芯片,而6路电机相电流采集模块,不选择6片双路模拟信号采集芯片,可一次选择12路模拟信号采集芯片即可实现功能。如此,既节省了成本,又减小了该电路的体积。本发明通过提出利用FPGA芯片设计的通用性和灵活性,将永磁同步电机控制算法移植其芯片内部,并进行多路电机控制算法的合理设计,实现多路(3?12路)永磁同步电机的驱动控制和协冋控制电路。
【附图说明】
[0010]图1为本发明所提供的一种基于FPGA芯片的多路永磁同步电机控制电路的组成框图;
[0011]图2为本发明所提供的FPGA模块的原理框图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0013]如附图1所示,本发明所提供的一种基于FPGA芯片的多路永磁同步电机控制电路包括FPGA模块1、电机转子位置采集模块2、电机相电流采集模块3和电机功率驱动模块4。FPGA模块I的相电流信号输入端通过数字通讯总线与电机相电流采集模块3的信号输出端连通,FPGA模块I的转子位置信号输入端通过数字通讯总线与电机转子位置采集模块2的信号输出端连通。电机转子位置采集模块2的转子位置信号采集端与永磁同步电机组5的转子位置信号输出端连通。电机相电流采集模块3的信号输入端与永磁同步电机组5的相电流信号输出端连通。电机功率驱动模块4的信号输入端与FPGA模块I的SVPWM控制信号输出端连通,电机功率驱动模块4的信号输出端与永磁同步电机组5的电流信号输入端连通。
[0014]如附图1所示,永磁同步电机组5为6路永磁同步电机并联,6路永磁同步电机包括第一永磁同步电机501、第二永磁同步电机502、第三永磁同步电机503、第五永磁同步电机504、第五永磁同步电机505、第六永磁同步电机506。第一永磁同步电机501、第二永磁同步电机502、第三永磁同步电机503、第五永磁同步电机504、第五永磁同步电机505、第六永磁同步电机506的位置信号输出端均与电机转子位置采集模块2的信号输入端连通。第一永磁同步电机501、第二永磁同步电机502、第三永磁同步电机503、第五永磁同步电机504、第五永磁同步电机505、第六永磁同步电机506的相电流信号输出端均与电机相电流米集模块3的信号输入端连通。第一永磁同步电机501、第二永磁同步电机502、第三永磁同步电机503、第五永磁同步电机504、第五永磁同步电机505、第六永磁同步电机506的电流信号输入端均与电机功率驱动模块4的信号输出端连通。
[0015]如附图2
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