一种新型嵌入式同步电动机励磁控制单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种同步电动机励磁控制系统，具体是一种同步电动机励磁控制单元。
【背景技术】
[0002]励磁控制单元是同步电动机励磁系统的重要组成部分，其性能直接影响到同步电动机运行的可靠性和稳定性。由于同步电动机自身的各种限制、保护功能的增加，对励磁控制单元的快速性、可靠性、鲁棒性等方面提出了越来越高的要求。控制理论、电力电子技术、计算机技术和芯片制造技术的发展，促进了励磁控制单元的不断创新，数字化技术成为励磁控制单元达到新水平的一个有效手段。在同步电动机励磁控制方面主要有两种主流的解决方案，一种是采用单一 ARM处理器作为核心控制器的方式；一种是采用单一 DSP控制器作为核心控制器的方式。
[0003]在同步电动机励磁控制单元采用单一 ARM处理器作为核心控制器，ARM负责采集和处理外部的模拟数据，ARM 一方面将这些采集到的数据上传到触摸屏中显示，另一方面输出励磁控制信息给功率开关元件，实现对同步电动机的励磁控制。
[0004]这种采用ARM控制器的励磁控制单元，虽然其可以达到很高的数据采样频率，但是其数字信号处理的速度和精度上不如工业上常用的DSP。
[0005]采用单一 DSP控制器作为同步电动机励磁控制单元的核心控制器，采集和处理外部的模拟数据都由DSP来完成，DSP —方面将采集到各种数据上传到触摸屏中显示，另一方面输出励磁控制信息给功率开关元件，实现对同步电动机的励磁控制。
[0006]虽然DSP有出众的数字信号处理能力，但由于其采用触摸屏来处理和管理数据，这就对整个控制单元的性能产生一定的影响，一方面是会减弱控制单元的实时性和稳定性，另一方面使得整个控制单元不够灵活。
【发明内容】
[0007]为了能够即可以达到很高的数据采样频率，又能够保证数字信号处理的速度和精度，并且不会减弱控制单元的实时性和稳定性，使得整个控制单元能够灵活。本实用新型采用了在同步电动机励磁控制单元中采用DSP与ARM相结合的方案。
[0008]基于ARM与DSP的工业控制解决方案很多，但在同步电动机励磁控制领域还没有使用这种方案的例子。并且现有的两种主流技术的实时性和灵活性都不够好。
[0009]在同步电动机励磁控制单元中采用DSP与ARM相结合的方案，采用DSP作为核心控制器，采用ARM作为上位机；模拟量输入经过AD采样芯片的处理之后输入给DSP，DSP将采样数据传送给ARM，并输出控制信息给开关元件，采用LCD触摸屏作为显示系统，LCD触摸屏与ARM相连。DSP作为核心控制器，其具有强大的数据处理能力和高速的实时控制能力，负责采集励磁电压、励磁电流等控制过程中各种实时数据，输出励磁控制需要的PWM脉冲，实现控制灭磁、投励、投全压等功能。选用高性能的32位ARM处理器作为上位机，基于ARM嵌入式处理器的片上系统解决方案在工业控制领域应用非常广泛，其主要用于处理DSP采集到的各种实时数据，包括数据在LCD触摸屏上的曲线显示、数据存储、数据信息查看功能。在硬件上，ARM处理器有丰富的外设接口，本方案预留了两个USB接口、一个SD卡接口、一个以太网接口、一个CAN总线接口、一个RS485接口，给客户提供了多样性接口选择。在软件上，ARM处理器运行Linux嵌入式操作系统，Linux具有功能强大，可裁剪性好，功能易于扩展、实时性好等优点。采用Qt工具开发上位机应用程序，为客户开发需要的人机交互界面，便于系统维护和更新。为了数据的管理更加方便有序，在Iinux系统中移植了嵌入式数据库SQLite。励磁控制中采集到的数据可以方便的将数据库中的数据保存到U盘或SD卡等移动存储设备中，客户可以通过这些移动设备将数据拷贝到PC机上进行分析和管理。
[0010]本实用新型方案在保证精度的同时，充分发挥ARM与DSP各自的优点，提高了同步电动机励磁控制单元的实时性、稳定性、安全性；控制单元设计灵活，易于扩展和维护；极大方便了客户对数据的管理。
【附图说明】
[0011]图1:同步电动机励磁控制单元原理总图。
[0012]图2:上位机软件系统功能图。
【具体实施方式】
[0013]图1为同步电动机励磁控制单元的原理总图，模拟量输入经过AD采样芯片的处理之后输入给DSP，DSP 一方面将得到的这些采样数据传送给上位机ARM处理器，另一方面输出需要的控制信息给开关元件，以达到励磁控制目的。上位机ARM扩展了很多接口，有USB接口、SD接口、CAN总线接口、RS485接口、以太网接口(RJ45)供用户选择。显示系统采用LCD触摸屏作为人机交互设备。1、DSP:Digital Signal Processor，数字信号处理器；2、PWM:Pulseffidth Modulat1n，脉冲宽度调制;3、LCD-Liquid Crystal Display，液晶显不器；4、USB 〖Universal Serial Bus，通用串行总线；5、SD卡:Secure Digital Memory Card,安全数码卡；6、CAN -Controller Area Network，控制器局域网。
[0014]图2为上位机软件系统功能图，上位机软件可以完成系统运行状态的显示，客户通过触摸屏操作界面可以进行参数的设置；能够曲线显示采样数据；建立了嵌入式数据库，方便各种数据管理；具有故障报警功能。这些功能都是建立在嵌入式操作系统Linux的基础上实现的。
【主权项】
1.一种新型嵌入式同步电动机励磁控制单元，其特征在于: 采用DSP作为核心控制器，采用ARM作为上位机； 模拟量输入经过AD采样芯片的处理之后输入给DSP， DSP将采样数据传送给ARM，并输出控制信息给开关元件， 采用IXD触摸屏作为显示系统，IXD触摸屏与ARM相连。
2.根据权利要求1所述的控制单元，其特征在于采用32位ARM处理器作为上位机，且ARM处理器内置移植了嵌入式数据库SQLite的Linux嵌入式操作系统。
3.根据权利要求1所述的控制单元，其特征在于在硬件上，ARM处理器有两个USB接口、一个SD卡接口、一个以太网接口、一个CAN总线接口、一个RS485接口。
【专利摘要】一种新型嵌入式同步电动机励磁控制单元，涉及一种同步电动机励磁控制系统，具体是一种同步电动机励磁控制单元。其特征在于采用DSP作为核心控制和ARM作为上位机数据处理的双CPU的控制方式，并且引入嵌入式操作系统和嵌入式数据库。能够在保证精度的同时，充分发挥ARM与DSP各自的优点，提高了同步电动机励磁控制单元的实时性、稳定性、安全性；控制单元设计灵活，易于扩展和维护；极大方便了客户对数据的管理。
【IPC分类】H02P6-08
【公开号】CN204539015
【申请号】CN201420818959
【发明人】王宇, 王留菊, 马晓冉, 陈飞, 麻艳红, 杨力, 李志业, 徐克峰
【申请人】北京京仪椿树整流器有限责任公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2014年12月19日