双芯片无刷直流电机驱动控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于伺服控制技术领域，涉及一种采用双芯片联合对无刷电机进行控制的驱动控制系统。
【背景技术】
[0002]无刷直流电机由永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器组成。它具备直流电机优越的调速性能的同时，又取消了碳刷、滑环结构所带来的各类问题。还具有结构简单、效率高、运行可靠等优点。
[0003]无刷直流电机的调速方式通常通过开环PWM调制来实现，通过外部给定占空比来实现转速的变化，但这种调速方式适用于对调速要求不高的场合，无法满足较高的调速性能要求，也无法实现对转矩转速的高精度控制。同时，传统的单片机控制系统、专用电机控制系统和DSP控制系统，在实现故障保护时，实现的故障保护电路，响应延时长，降低了系统的安全性。
[0004]传统的无刷直流电机的闭环速度控制和闭环位置控制系统，需要利用编码器作为传感器对电机的速度和位置进行检测，在使用时提高了系统的生产成本。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种可实现快速、精准调速的无刷直流电机驱动控制系统。
[0006]本实用新型的技术方案是:双芯片无刷直流电机驱动控制系统，包括上位机、驱动电路、电压电流检测与比较电路和控制系统，无刷直流电机内置三相霍尔传感器，所述驱动电路为三相全桥电路，所述控制系统包括相互连接的逻辑处理器、微处理器，以及与逻辑处理器相连的驱动电路；
[0007]逻辑处理器包括计算单元、保护单元、驱动控制单元和通信单元，其中，计算单元接收三相霍尔传感器的反馈信号，并进行位置运算和速度运算；通信单元用于与微处理器的通信；
[0008]上位机与微处理器相连，上位机传递控制给定值信号到微处理器，并控制微处理器的控制模式；
[0009]微处理器接收来自逻辑处理器的位置和速度计算值，结合上位机的给定值，采用PID算法计算出速度、位置和力矩的控制值，并将控制值反馈到逻辑处理器的驱动控制单元，逻辑处理器通过驱动电路与驱动电路相连，驱动电路接收驱动控制单元给定的控制信号，通过驱动电路控制无刷直流电机工作；
[0010]所述电压电流检测与比较电路包括电流检测与比较电路和电压检测与比较电路，二者分别将采集的电流值和电压值反馈到微处理器的ADC采集端，同时将电流比较值和电压比较值传递到逻辑处理器，保护单元进行过压与过流的判断。
[0011]优选的是:逻辑处理器采用CPLD芯片，微处理器采用ARM芯片，二者通过SPI总线通信。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013](I)本实用新型提供了一种双芯片无刷电机驱动系统。ARM+CPLD双芯片联合实现转矩、转速、位置的高精度控制，同时利用了 CPLD芯片的快速响应优点，实现了电机过压、过流故障的快速保护；
[0014](2)该系统不使用速度和位置检测传感器，通过逻辑处理器内部逻辑实现速度和位置的精确计算，进而实现电机的速度和位置闭环控制，大大降低了系统成本；
[0015](3)定制了一种CPLD片内SPI核，以适应SPI通信时序，实现了 ARM与CPLD之间的SPI全双工通信，同时自定义了一种基于SPI总线的全双工通信协议；该SPI核具有很强的可移植性，具有统一的对外接口，可以轻松移植到任何一款CPLD芯片上以实现SPI通信功能。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型结构示意图。
[0017]图2为【具体实施方式】控制系统结构示意图。
[0018]图3为驱动电路结构示意图。
[0019]图4电流检测与比较电路。
[0020]图5电压检测与比较电路。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，双芯片无刷直流电机驱动控制系统，包括上位机、驱动电路、电压电流检测与比较电路和控制系统，无刷直流电机内置三相霍尔传感器，驱动电路为三相全桥电路。
[0022]控制系统包括相互连接的逻辑处理器、微处理器，以及与逻辑处理器相连的驱动电路。如图2所示，逻辑处理器采用CPLD芯片，微处理器采用ARM芯片，二者通过SPI总线通信。该系统不采用位置和速度传感器，而是采用无刷直流电机内部霍尔传感器反馈值，进行位置和速度的计算。CPLD接收到三相霍尔传感器反馈信号后，进行位置运算和速度运算，得到无刷直流电机转子的位置值和速度值，此处称为位置和速度的计算值，传递到ARM。
[0023]上位机与ARM相连，控制ARM的工作，用于调控ARM进行速度控制、位置控制或力矩控制。上位机下达控制指令时，将控制给定值传递到ARM内，ARM根据给定值和计算值，根据PID算法，得出速度、位置和力矩的控制值，并将控制值反馈到CPLD。CPLD通过驱动电路与驱动电路相连，驱动电路采用UCC27211MOSFET驱动器，图3为桥路I驱动电路结构示意图，其他两路桥路的驱动电路与该路结构相同，只是PWM调制信号接收端口不同。驱动电路接收的控制值即PWM调制信号，分别来自CPLD的PWMA0-PWMA5端，在CPLD产生的PWM信号控制下，控制场效应管的开关，使电机的三相绕组能按要求的顺序导通，实现定子绕组的正确换向；其次是在CPLD发送的不同PWM占空比控制信号作用下，实现电机的调压调速。
[0024]电流检测与比较电路和电压检测与比较电路将采集的电流值和电压值反馈到ARM的ADC采集端，同时将电流比较值和电压比较值传递到逻辑处理器，进行过压与过流的判断，当电路发生故障时，逻辑处理器会率先响应，对电机进行快速刹车控制，微处理器紧随其后，下发刹车指令再次控制电机刹车，确保电机的快速故障保护。
【主权项】
1.双芯片无刷直流电机驱动控制系统，包括上位机、驱动电路、电压电流检测与比较电路和控制系统，无刷直流电机内置三相霍尔传感器，所述驱动电路为三相全桥电路，其特征在于:所述控制系统包括相互连接的逻辑处理器、微处理器，以及与逻辑处理器相连的驱动电路； 逻辑处理器包括计算单元、保护单元、驱动控制单元和通信单元，其中，计算单元接收三相霍尔传感器的反馈信号，并进行位置运算和速度运算；通信单元用于与微处理器的通Is ; 上位机与微处理器相连，上位机传递控制给定值信号到微处理器，并控制微处理器的控制模式； 微处理器接收来自逻辑处理器的位置和速度计算值，结合上位机的给定值，采用PID算法计算出速度、位置和力矩的控制值，并将控制值反馈到逻辑处理器的驱动控制单元，逻辑处理器通过驱动电路与驱动电路相连，驱动电路接收驱动控制单元给定的控制值，通过驱动电路控制无刷直流电机工作； 所述电压电流检测与比较电路包括电流检测与比较电路和电压检测与比较电路，二者分别将采集的电流值和电压值反馈到微处理器的ADC采集端，同时将电流比较值和电压比较值传递到逻辑处理器，保护单元进行过压与过流的判断。2.如权利要求1所述的双芯片无刷直流电机驱动控制系统，其特征在于:所述逻辑处理器采用CPLD芯片，微处理器采用ARM芯片，二者通过SPI总线通信。
【专利摘要】本实用新型涉及一种双芯片无刷直流电机驱动控制系统。该系统采用ARM和CPLD联合控制，本控制系统的力矩、速度和位置的给定值来自上位机，电机状态的反馈值根据电机内的三相霍尔传感器的反馈值计算得出。ARM与上位机相连，接收上位机发送的给定值并根据上位机的指令进行力矩控制、速度控制或位置控制；CPLD接收三相霍尔器的反馈信号，进行位置和速度的计算，将计算值传递到ARM，ARM结合计算值和给定值进行控制运算，并发送控制字。CPLD接收ARM的控制字并解析为控制指令，通过电机的驱动电路控制电机运转。该系统不需用速度和位置传感器，简化了系统结构，可实现转矩、转速和位置的高精度控制。
【IPC分类】H02P6/08, H02H7/08, H02P6/00
【公开号】CN204696967
【申请号】CN201520352367
【发明人】黎明, 王建国, 张家明
【申请人】中国海洋大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月27日