专利名称：基于fpga芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置。
技术背景稀土永磁同步电机是一种公认的高效节能电机，与普通电机相比，具有节能高效， 结构简单，功率密度高，转速不随负载波动的特性等特点。我国稀土元素储量丰富，为稀土 永磁同步电机的广泛应用奠定了很好的基础。稀土永磁同步电机的控制要比普通电机复杂的多，通用的变频器几乎无法可靠驱 动。在稀土永磁同步电机的驱动系统中，需要实现大量的实时并行数据处理及控制，如果采 用单片机或DSP来实现，系统响应速度难以满足稀土永磁同步电机的控制要求。这些问题 在很大程度上影响了稀土永磁同步电机实际应用。
发明内容本实用新型的目的是提供一种结构简单，可靠性高，调速平稳精确，系统响应快， 负载特性好，功能可扩充性强的基于FPGA为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置。为了克服现有技术的不足，本实用新型的技术方案是这样解决的一种基于FPGA 芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置，本实用新型的特殊之处在于该装置的硬件 由FPGA芯片依次分别与供电电路、PWM驱动输出电路、id/td测量、通信接口、输入输出控制 及显示部分、位置传感器、多路模拟量采集连接，多路模拟量采集与供电隔离转化和三相电 流测量连接，PWM驱动输出电路、位置传感器与稀土永磁同步电机连接，且系统集成有多种 转矩控制模型。所述的多路模拟量采集部分，由芯片内模拟量采集模块与自适应锯齿波生成电路 连接，该自适应锯齿波生成电路与幅值脉宽转换电路连接，幅值脉宽转换电路和芯片内模 拟量采集模块连接。所述的电流变化率采集处理部分由感应式电流变化率传感器、保护信号生成电路 构成，感应式电流变化率传感器与保护信号生成电路连接，保护信号生成电路与FPGA芯片 内电流变化率处理模块连接。所述的多种转矩控制模型包括(1)当受控电机输出转矩小于系统设定转矩时，控制指令对电机转速的增加或减 小控制有效；(2)当受控电机输出转矩达到系统设定转矩时，控制指令对电机转速的增加控制 无效；减小控制有效；(3)当受控电机输出转矩已经超过系统设定转矩时，电机转速会自动减小。现有技术相比，由于本实用新型使用了以FPGA芯片为核心的控制单元和同步并 行的多路模拟量数据采集方法，为系统并行控制奠定了基础，使系统具有很高的响应速度； 多种转矩控制模型为电动汽车和工业自动化的控制提供的便利。本实用新型具有结构简单，可靠性高，调速平稳精确，系统响应快，负载特性好，功能可再扩充性强等特点。可广泛 用于工业自动化，电动汽车，轮船，火车，国防等多个行业。
图1为本实用新型电气系统结构示意图；图2为多路模拟量采集部分示意图；图3为电流变化率采集处理部分结构示意图。
具体实施方式
附图为本实用新型的实施例。
以下结合附图对发明内容作进一步说明参照图1所示，一种基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置，该 装置的硬件由FPGA芯片1依次分别与供电电路3、PWM驱动输出电路6、id/td测量4、多路 模拟量采集10、通信接口 9、输入输出控制及显示部分2、位置传感器8连接，多路模拟量采 集10与供电隔离转化5和三相电流测量5连接，PWM驱动输出电路6、位置传感器8与稀土 永磁同步电机连接。图2所示，多路模拟量采集部分由芯片内模拟量采集模块73与自适应锯齿波生成 电路71连接，自适应锯齿波生成电路71与幅值脉宽转换电路72连接，幅值脉宽转换电路 72与芯片内模拟量采集模块73和被采集模拟量数据相连接。为了实现稀土永磁同步电机驱动控制装置对电流、电压等多参数并行采集的要 求，提高采样数据抗干扰能力，采集运行过程为FPGA芯片内模拟量采集模块73发出系统 同步脉冲和锯齿波幅值数据到自适应锯齿波生成电路71，自适应锯齿波生成电路71将其 生成的锯齿波特性数据送回片内模拟量采集模块73构成闭环，生成稳定的同步锯齿波。三 相电流测量电路完成电流信号测量，供电隔离转化电路完成供电电压测量，上述电流、电压 等模拟量信号和同步锯齿波在幅值脉宽转换电路72中生成各对应的方波数据并行送出， 芯片内模拟量采集模块73将方波数据并行转换成模拟量数据。实现了多路模拟数据的同 步并行采集。图3所示，电流变化率采集处理部分由感应式电流变化率传感器41、保护信号生 成电路42构成，感应式电流变化率传感器41与保护信号生成电路42连接，保护信号生成 电路42与FPGA芯片内供电电流变化率处理模块43连接。为了实现稀土永磁同步电机驱动控制对系统供电电流状态准确、实时监控的要 求，功能实现方式为由感应式电流变化率传感器41采集主回路电流变化信息，送至保护 信号生成电路42，当主回路电流变化率超过设定值时，产生保护信息送至FPGA芯片内供电 电流变化率处理模块43，完成控制。所述的多种转矩控制模型包括(1)当受控电机输出转矩小于系统设定转矩时，控制指令对电机转速的增加或减 小控制有效；(2)当受控电机输出转矩达到系统设定转矩时，控制指令对电机转速的增加控制 无效；减小控制有效；[0026](3)当受控电机输出转矩已经超过系统设定转矩时，电机转速会自动减小。综上所述，本实用新型的稀土永磁同步电机驱动装置实施例功能实现方式为核 心控制芯片FPGA与同步并行采集的多路模拟数据，位置状态构成闭环控制系统，FPGA接收 输入设定或通信指令，产生驱动信号到PWM驱动输出电路，PWM驱动输出电路驱动永磁同步 电机，完成稀土永磁同步电机的各种控制运行。系统运行过程中，FPGA实时监控电流、电压 及电流变化率等状态，实现各种保护功能；同时FPGA与输入输出接口通信，传送相关信息。上述系统控制除所述硬件相互连接、和完成各自的功能外，还包括有控序软件在 内。
权利要求一种基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置，其特征在于该装置的硬件由FPGA芯片(1)依次分别与供电电路(3)、PWM驱动输出电路(6)、id/td测量(4)、多路模拟量采集(10)、通信接口(9)、输入输出控制及显示(2)、位置传感器(8)连接，多路模拟量采集(10)与供电隔离转化(5)、三相电流测量(7)连接，PWM驱动输出部分(6)与位置传感器(8)连接，位置传感器(8)的另一端与稀土永磁同步电机连接，且装置集成了多种转矩控制模型。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置， 其特征在于所述的多路模拟量采集是由自适应锯齿波生成电路(71)与幅值脉宽转换电路 (72)构成，芯片内模拟量采集模块(73)与自适应锯齿波生成电路(71)连接，自适应锯齿波 生成电路(71)与幅值脉宽转换电路(72)连接，幅值脉宽转换电路(72)与芯片内模拟量采 集模块(73)和被采集模拟量数据相连接，构成多路模拟量采集部分。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置，其 特征在于所述的id/td测量(4)由感应式电流变化率传感器(41)、保护信号生成电路(42) 构成，感应式电流变化率传感器(41)与保护信号生成电路(42)连接，保护信号生成电路 (42)与FPGA芯片内供电电流变化率处理模块(43)连接，构成电流变化率采集处理部分。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置，其 特征在于所述的多种转矩控制模型包括(1)当受控电机输出转矩小于系统设定转矩时，控制指令对电机转速的增加或减小控 制有效；(2)当受控电机输出转矩达到系统设定转矩时，控制指令对电机转速的增加控制无效； 减小控制有效；(3)当受控电机输出转矩已经超过系统设定转矩时，电机转速会自动减小。
专利摘要本实用新型公开了基于FPGA芯片为核心的稀土永磁同步电机驱动控制装置，其主要特征在于该装置以FPGA芯片作为系统核心控制单元；公开了一种的多路模拟量数据采集方法，这种数据采集方法可以实现多路模拟量的实时并行采集，具有非常快速的实时性和良好的可扩充性；公开了稀土永磁同步电机的多种转矩控制模型，为电动汽车和工业自动化的控制提供的便利。本实用新型具有结构简单，可靠性高，调速平稳精确，响应快，负载特性好，扩充性强等特点。可广泛用于工业自动化，电动汽车，轮船，火车，国防等多个行业。
文档编号H02P6/08GK201608679SQ20102001964
公开日2010年10月13日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者冯超, 李皓, 焦耀峰, 袁海玉 申请人:陕西捷普控制技术有限公司