基于dsp和cpld的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(Switched Reluctance Drive: SRD)是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的最新一代無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為一體的光、機(jī)、電一體化高新技術(shù)。它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。英、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究起步較早，并已取得顯著效果，產(chǎn)品功率等級(jí)從數(shù)W直到數(shù)百KW，廣泛應(yīng)用于家用電器、航空、航天、電子、機(jī)械及電動(dòng)車輛等領(lǐng)域。
[0003]開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Machine: SRM)又稱為電流調(diào)節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)和感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相類似，只是定子磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)不相等。定子繞組可以是三相也可以是四相，由于電磁轉(zhuǎn)矩僅由定轉(zhuǎn)子磁阻產(chǎn)生，因此每相繞組只需一個(gè)功率器件，即可產(chǎn)生所需轉(zhuǎn)矩。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量高，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)，非常適合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括核心控制器、上位機(jī)、隔離驅(qū)動(dòng)模塊、電流檢測(cè)器、功率變換器、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、故障檢測(cè)模塊和位置檢測(cè)模塊，所述核心控制器包括DSP控制器和CPLD電流采集故障檢測(cè)器，所述DSP控制器包括ADC接口、正交解碼電路和P麗發(fā)生器，所述CPLD電流采集故障檢測(cè)器包括ADC模塊、編碼器和I\0接口；
[0006]所述上位機(jī)連接DSP控制器，DSP控制器與CPLD電流采集故障檢測(cè)器連接，DSP控制器通過(guò)所述隔離驅(qū)動(dòng)模塊連接功率變換器，功率變換器外界交流電源，且功率變換器通過(guò)所述電流檢測(cè)器連接CPLD電流采集故障檢測(cè)器，所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的一端連接功率變換器，另一端分別連接所述故障檢測(cè)模塊和位置檢測(cè)模塊，所述故障檢測(cè)模塊連接CPLD電流采集故障檢測(cè)器，所述位置檢測(cè)模塊連接所述ADC模塊，所述ADC模塊連接ADC接口，所述正交解碼電路連接PWM發(fā)生器和編碼器，編碼器連接I\0接口。
[0007]進(jìn)一步的，所述上位機(jī)通過(guò)SCI串口通信連接所述DSP控制器。
[0008]進(jìn)一步的，所述基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)顯示器，所述數(shù)據(jù)顯示器連接所述CPLD電流采集故障檢測(cè)器上的1\0接口。
[0009]本實(shí)用新型提供的基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:采用以DSP+CPLD為控制核心的數(shù)字控制技術(shù)，可以大大降低控制器的元件數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性;數(shù)字化控制器的調(diào)試、參數(shù)整定非常靈活，且性能隨環(huán)境的漂移非常小;數(shù)字控制器可以方便的實(shí)現(xiàn)故障診斷，在開(kāi)機(jī)時(shí)通過(guò)掃描系統(tǒng)中各個(gè)主要部件的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行器研究與設(shè)計(jì)健康狀態(tài)，可以檢查出問(wèn)題部件，并提示故障位置，從而降低錯(cuò)誤動(dòng)作的可能性。同時(shí)也大大加快了系統(tǒng)維修速度，提高運(yùn)行率，降低損失;數(shù)字處理器使得系統(tǒng)的接口異常豐富，可以輕松的和上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)諸如分布式控制等先進(jìn)的結(jié)構(gòu)。
[0010]此類DSP用于后臺(tái)復(fù)雜運(yùn)算和CPLD用于前臺(tái)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的數(shù)字化控制器發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì)，改善了傳統(tǒng)單DSP控制器中各類繁瑣中斷與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)時(shí)控制復(fù)雜程度相制約的缺點(diǎn)，顯著提高了電流采樣頻率并可以使DSP實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略。
[0011]本實(shí)用新型不僅可取得良好的速度控制特性，同時(shí)具有良好的位置控制能力。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0014]請(qǐng)參閱圖1，圖1為本實(shí)用新型基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]所述基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括核心控制器10、上位機(jī)20、隔離驅(qū)動(dòng)模塊30、電流檢測(cè)器40、功率變換器50、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)60、故障檢測(cè)模塊70和位置檢測(cè)模塊80，所述核心控制器10包括DSP控制器11和CPLD電流采集故障檢測(cè)器12，所述DSP控制器11包括ADC接口 111、正交解碼電路112和PWM發(fā)生器113，所述CPLD電流采集故障檢測(cè)器12包括ADC模塊121、編碼器122和1\0接口 123;
[0016]所述上位機(jī)20連接DSP控制器11，DSP控制器11與CPLD電流采集故障檢測(cè)器12連接，DSP控制器11通過(guò)所述隔離驅(qū)動(dòng)模塊30連接功率變換器50，功率變換器50外界交流電源，且功率變換器50通過(guò)所述電流檢測(cè)器40連接CPLD電流采集故障檢測(cè)器12，所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)60的一端連接功率變換器50，另一端分別連接所述故障檢測(cè)模塊70和位置檢測(cè)模塊80，所述故障檢測(cè)模塊70連接CPLD電流采集故障檢測(cè)器12，所述位置檢測(cè)模塊80連接所述ADC模塊121，所述ADC模塊121連接ADC接口 111，所述正交解碼電路112連接PffM發(fā)生器113和編碼器122，編碼器122連接1\0接口 123。
[0017]所述上位機(jī)20通過(guò)SCI串口通信連接所述DSP控制器11。
[0018]所述基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)顯示器90，所述數(shù)據(jù)顯示器90連接所述CPLD電流采集故障檢測(cè)器12上的1\0接口 123。
[0019]DSP控制器11與CPLD電流采集故障檢測(cè)器12通過(guò)并行接口通訊，DSP控制器11負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)微步控制和電流矢量算法，并實(shí)時(shí)讀取CPLD電流采集故障檢測(cè)器12運(yùn)算出的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)60的位置和速度等數(shù)據(jù)來(lái)完成系統(tǒng)的閉環(huán)處理，并按照相應(yīng)控制策略，計(jì)算出脈沖寬度調(diào)制PffM信號(hào)周期值和占空比產(chǎn)生PffM信號(hào)，PffM信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)模塊30綜合處理后，輸出驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)60的功率變換器50的開(kāi)通關(guān)斷信號(hào)，同時(shí)，反饋一些電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)給CPLD電流采集故障檢測(cè)器12，并通過(guò)數(shù)據(jù)顯示器90;
[0020]CPLD電流采集故障檢測(cè)器12作為協(xié)處理器，首先負(fù)責(zé)完成A/D電流的采樣和邏輯處理開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)60的位置信號(hào)，同時(shí)計(jì)算出開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)60實(shí)時(shí)速度和位置，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋給DSP控制器11;位置檢測(cè)模塊80檢測(cè)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)60轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將獲得的位置信號(hào)送給CPLD電流采集故障檢測(cè)器12處理；電流檢測(cè)調(diào)理電路檢測(cè)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)三相電流經(jīng)給CPLD電流采集故障檢測(cè)器12，并通過(guò)調(diào)理后再給DSP控制器11;故障檢測(cè)采樣開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)60各相電流、母線電壓、溫度，把磁阻電機(jī)的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱等信息送到CPLD電流采集故障檢測(cè)器12的故障處理模塊70進(jìn)行處理，產(chǎn)生系統(tǒng)故障信號(hào)并通過(guò)并行接口傳給DSP，DSP控制器11通過(guò)綜合判斷后做出正確判斷，及時(shí)處理，從而保證系統(tǒng)安全。
[0021]采用以DSP+CPLD為控制核心的數(shù)字控制技術(shù)，可以大大降低控制器的元件數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性;數(shù)字化控制器的調(diào)試、參數(shù)整定非常靈活，且性能隨環(huán)境的漂移非常小;數(shù)字控制器可以方便的實(shí)現(xiàn)故障診斷，在開(kāi)機(jī)時(shí)通過(guò)掃描系統(tǒng)中各個(gè)主要部件的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行器研究與設(shè)計(jì)健康狀態(tài)，可以檢查出問(wèn)題部件，并提示故障位置，從而降低錯(cuò)誤動(dòng)作的可能性。同時(shí)也大大加快了系統(tǒng)維修速度，提高運(yùn)行率，降低損失;數(shù)字處理器使得系統(tǒng)的接口異常豐富，可以輕松的和上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)諸如分布式控制等先進(jìn)的結(jié)構(gòu)。
[0022]此類DSP用于后臺(tái)復(fù)雜運(yùn)算和CPLD用于前臺(tái)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的數(shù)字化控制器發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì)，改善了傳統(tǒng)單DSP控制器中各類繁瑣中斷與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)時(shí)控制復(fù)雜程度相制約的缺點(diǎn)，顯著提高了電流采樣頻率并可以使DSP實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略。
[0023]本實(shí)用新型不僅可取得良好的速度控制特性，同時(shí)具有良好的位置控制能力。
[0024]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括核心控制器(10)、上位機(jī)(20)、隔離驅(qū)動(dòng)模塊(30)、電流檢測(cè)器(40)、功率變換器(50)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(60)、故障檢測(cè)模塊(70)和位置檢測(cè)模塊(80)，所述核心控制器(I O)包括DSP控制器(11)和CPLD電流采集故障檢測(cè)器(12)，所述DSP控制器(11)包括ADC接口( 111)、正交解碼電路(112)和PWM發(fā)生器(113)，所述CPLD電流采集故障檢測(cè)器(12)包括ADC模塊(121)、編碼器(122)和I \0接口(123); 所述上位機(jī)(20)連接DSP控制器(11)，DSP控制器(11)與CPLD電流采集故障檢測(cè)器(12)連接，DSP控制器(11)通過(guò)所述隔離驅(qū)動(dòng)模塊(30)連接功率變換器(50)，功率變換器(50)外界交流電源，且功率變換器(50)通過(guò)所述電流檢測(cè)器(40)連接CPLD電流采集故障檢測(cè)器(12)，所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(60)的一端連接功率變換器(50)，另一端分別連接所述故障檢測(cè)模塊(70)和位置檢測(cè)模塊(80)，所述故障檢測(cè)模塊(70)連接CPLD電流采集故障檢測(cè)器(12)，所述位置檢測(cè)模塊(80)連接所述ADC模塊(121)，所述ADC模塊(121)連接ADC接口(111)，所述正交解碼電路(112)連接PffM發(fā)生器(113)和編碼器(122)，編碼器(122)連接1\0接口(123)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)(20)通過(guò)SCI串口通信連接所述DSP控制器(11)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)顯示器(90)，所述數(shù)據(jù)顯示器(90)連接所述CPLD電流采集故障檢測(cè)器(12)上的1\0接口(123)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及基于DSP和CPLD的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括核心控制器、上位機(jī)、隔離驅(qū)動(dòng)模塊、電流檢測(cè)器、功率變換器、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、故障檢測(cè)模塊和位置檢測(cè)模塊，所述核心控制器包括DSP控制器和CPLD電流采集故障檢測(cè)器，所述DSP控制器包括ADC接口、正交解碼電路和PWM發(fā)生器，所述CPLD電流采集故障檢測(cè)器包括ADC模塊、編碼器和I\O接口。
【IPC分類】H02P25/08
【公開(kāi)號(hào)】CN205178931
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521014564
【發(fā)明人】劉劍鋒
【申請(qǐng)人】湖南品信生物工程有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日