CN101741295A - 基于单个fpga芯片的多稀土永磁同步电机驱动*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***。采用同一控制核心FPGA芯片，集成了一个主控单元和多个电机驱动控制单元，同时实现多台稀土永磁同步电机的关联驱动，各个单元在芯片内实现数据共享和共享数据无缝连接，各被控稀土永磁同步电机可选择多种运行模式，***还集成了多种控制模型。整个***具有：结构简单、实时性强、响应快速、抗干扰能力好、升级方便等特点。该发明在电动汽车，轮船，工业自动化，国防等多行业均有广阔的应用空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于单个FPGA芯片的多个稀土永磁同步电机驱动***。
背景技术
多轴联动***在电动汽车、自动化生产线、自动化设备等工程中大量应用。常见的构成模式有：
机械传动模式：主动力驱动电机的动力由机械机构进行速度、力矩变换，将动力传到各驱动轴，实现差速与力矩变换完成动力的分配。缺点是结构复杂，功能单一，功能扩充难，速差与力矩变换范围小，价格与结构的复杂程度随***精度的提高成指数比例上升。
常规电控模式：常规多轴联动电控***是由中控机通过通信数据线与各独立的电机驱动器相连。各电机驱动器在中控机的统一协调控制下实现多轴联动运行。因为中控机与各驱动器间传送实时数据需要时间，所以会使其***的响应滞后、实时性下降。另外中控与各驱动器是完全独立的设备，这会使***运行的同步性能变差。驱动器工作在复杂电气环境下，***传送实时数据的可靠性也会下降等缺陷。
发明内容
本发明的目的是为多电机协同工作场合提供一种简单、高效、稳定可靠的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，
为了克服现有技术实现多轴联动***的不足，本发明提供了一种基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***的解决方案，该方案是由单个FPGA芯片、供电部分、各PWM驱动输出部分、各数据采集部分、通信接口部分、输入输出控制及显示部分构成。
所述的单个FPGA芯片上，集成了一个主控单元和多个稀土永磁同步电机驱动控制单元。
所述的数据采集部分是由：id/td电流变化率采集电路、供电隔离测量电路、三相电流测量电路、位置传感器组成。
所述的输入输出控制及显示部分、通信接口与芯片内的主控单元直接相连。
所述的供电部分、PWM驱动输出、数据采集部分与相对应的芯片内部电机驱动控制单元相连接，构成稀土永磁同步电机驱动***。
所述的单个FPGA芯片中各电机驱动控制单元并行运行，相互独立。
所述的主控单元统一协调各并行运行的电机驱动控制单元实现数据共享和共享数据无缝连接。
所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于所述的数据共享包含实时采集数据、实时控制数据、运行模型数据。
所述的数据无缝连接的共享数据，同时被FPGA芯片内各并行运行的电机驱动控制单元自主选择使用。
所述的***集成了多种运行模式：
(1)各稀土永磁同步电机驱动***可实现同频、同相运行模式；
(2)各稀土永磁同步电机驱动***根据电机运行特性和***需要，可实现频差、相差、幅差的补偿运行模式；
(3)各稀土永磁同步电机驱动***根据***需要，可实现驱动转矩自由分配运行模式。
所述的***控制模型包括：
(1)当受控电机输出转矩小于***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***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***设定转矩时，电机转速会自动减小。
本发明与传统机械传动模式和常规电控***相比较具有：控制方法灵活、结构简单、实时性强、响应快速、抗干扰能力好、升级方便等特点。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意框图。
具体实施方式
图1为本发明的两个稀土永磁同步电机驱动***实施例结构示意框图。
下面结合附图对发明内容作进一步说明：
参照图1所示，基于单个FPGA芯片的两个稀土永磁同步电机驱动***是在单个FPGA芯片上集成了一个主控单元(1)和两个稀土永磁同步电机驱动控制单元(2)。
***硬件由单个FPGA芯片、供电部分(4)、两个PWM驱动输出部分(6)、两个数据采集部分、通信接口部分(10)、输入输出控制及显示部分(9)等构成。
数据采集部分是由：id/td电流变化率采集电路(5)、供电隔离测量电路(3)、三相电流测量电路(7)、位置传感器(8)等组成。
其中输入输出控制及显示部分(9)、通信接口(10)与芯片内的主控单元(1)相连接；PWM驱动输出(6)、数据采集部分与相对应的芯片内部电机驱动控制单元(2)相连接。
各部分功能为：
a)FPGA芯片：运行指令接收，运行状态信息输出，***运行核心控制；
b)输入输出控制及显示部分(9)：操控输入，显示***运行信息；
c)id/td测量电路(5)：采集供电回路电流变化信息；
d)供电隔离测量电路(3)：采集供电回路电压信息；
e)PWM驱动及输出电路(6)：在FPGA电机驱动控制单元控制下驱动电机；
f)三相电流采集电路(7)：采集受控电机工作电流实时信息；
g)位置传感器(8)：采集受控电机位置状态信息。
***运行过程中，FPGA芯片实时接收运行指令部件的运行命令，并根据各电机实时状态，发出相应驱动信号给两路PWM驱动及输出电路(6)，控制受控电机运行。同时，采集两个独立的电机驱动回路的运行信息反馈至FPGA芯片，实现在FPGA芯片控制下的两个独立电机相关联的闭环运行。
单个FPGA芯片集成了主控单元(1)和两个电机驱动控制单元(2)。***运行过程中主控单元(1)接收运行控制指令，电机驱动控制单元(2)接收所有实时采集数据、实时控制数据、运行模型数据，并在主控单元(1)统一协调下两个并行运行的电机驱动控制单元(2)芯片内数据共享，各单元可以同步获得共享数据，实现共享数据无缝连接。
在***运行过程中两个电机驱动控制单元(2)在主控单元(1)统一协调下，产生驱动信号送至对应的PWM驱动输出电路(6)，PWM驱动输出电路(6)产生三相交流输出驱动受控电机。
实施例的单个FPGA芯片的两个稀土永磁同步电机驱动***集成了以下控制模式：
(1)各稀土永磁同步电机驱动***可实现同频、同相运行模式。
(2)各稀土永磁同步电机驱动***根据电机运行特性和***需要，可实现频差、相差、幅差的补偿运行模式。
(3)各稀土永磁同步电机驱动***根据***需要，可实现驱动转矩自由分配运行模式。
实施例的单个FPGA芯片的两个稀土永磁同步电机驱动***，具有以下控制模型：
(1)当受控电机输出转矩小于***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***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***设定转矩时，电机转速会自动减小。
图1是本发明以单个FPGA芯片控制两个稀土永磁电机为模型的实施例，具体应用不局限于控制两个稀土永磁电机。
Claims (10)
1.一种基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于***由单个FPGA芯片、供电部分(4)、各PWM驱动输出部分(6)、各数据采集部分、通信接口部分(10)、输入输出控制及显示部分(9)构成，且***集成了多种运行模式与控制模型。
2.根据权利要求1所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于所述的单个FPGA芯片上，集成了一个主控单元(1)和多个稀土永磁同步电机驱动控制单元(2)。
3.根据权利要求1所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于所述的数据采集部分是由：id/td电流变化率采集电路(5)、供电隔离测量电路(3)、三相电流测量电路(7)、位置传感器(8)组成。
4.根据权利要求1所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于所述的输入输出控制及显示电路(9)、通信接口(10)与芯片内的主控单元(1)直接相连。
5.根据权利要求1所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于所述的供电部分(4)、PWM驱动输出(6)、数据采集部分与相对应的芯片内部电机驱动控制单元(2)相连接，构成稀土永磁同步电机驱动***。
6.根据权利要求1所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于所述的单个FPGA芯片中各电机驱动控制单元(2)并行运行，相互独立。
7.根据权利要求1所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于所述的主控单元(1)统一协调各并行运行的电机驱动控制单元(2)实现数据共享和共享数据无缝连接。
8.根据权利要求7所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于所述的数据共享包含实时采集数据、实时控制数据、运行模型数据，以上所述数据可以同时被FPGA芯片内各并行运行的电机驱动控制单元(2)自主选择使用，实现数据的无缝连接。
9.根据权利要求1所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于***集成了以下多种运行模式：
(1)各稀土永磁同步电机驱动***可实现同频、同相运行模式；
(2)各稀土永磁同步电机驱动***根据电机运行特性和***需要，可实现频差、相差、幅差的补偿运行模式；
(3)各稀土永磁同步电机驱动***根据***需要，可实现驱动转矩自由分配运行模式。
10.根据权利要求1所述的基于单个FPGA芯片的多稀土永磁同步电机驱动***，其特征在于***控制模型包括：
(1)当受控电机输出转矩小于***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***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***设定转矩时，电机转速会自动减小。
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