專利名稱:一種衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及數(shù)字伺服控制系統(tǒng)領(lǐng)域,用于衛(wèi)星天線等高精度、小體積、 低功耗指向控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件。
背景技術(shù):
目前伺服系統(tǒng)通常為帶有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),某些場(chǎng)合下也可使用 開環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一種典型的伺服系統(tǒng),它 能夠根據(jù)輸入信號(hào)的要求,實(shí)時(shí)、精確地控制微波天線按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng) 或者高精度的定位在某一點(diǎn),是天線通訊必需的前提條件。
國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究資料顯示,傳統(tǒng)衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)數(shù)字控制系統(tǒng)多使用單 片機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)等低速處理設(shè)備作為主控單元。這些系統(tǒng)或者采樣頻率 較低、處理速度不夠、精度差或者設(shè)備體積、功耗較大。
目前部分較新型天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使用了 DSP單獨(dú)作為主控單元,典 型應(yīng)用為Tl公司的C2000系列DSP。此類系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度集成的控制系統(tǒng), 功耗較低,達(dá)到了較好的控制效果。不過(guò)當(dāng)控制系統(tǒng)使用了較復(fù)雜控制方法 (如矢量控制方法)時(shí),要涉及較多復(fù)雜運(yùn)算(如坐標(biāo)變換、三角函數(shù)運(yùn)算 等)。C2000系列為定點(diǎn)DSP,不能滿足復(fù)雜運(yùn)算對(duì)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理的需求。 這時(shí)不得不犧牲部分運(yùn)算精度,從而限制了系統(tǒng)總體控制精度。
多環(huán)控制律的動(dòng)態(tài)性能很大程度取決于內(nèi)環(huán)響應(yīng)速度。對(duì)伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō) 電流環(huán)影響最大。所以電流環(huán)的采樣頻率必須較高。C2000系列DSP同時(shí) 集成了脈寬調(diào)制(PWM)輸出模塊、AD采樣模塊,DSP芯片同時(shí)承擔(dān)數(shù) 據(jù)采樣及其控制、預(yù)處理、控制邏輯運(yùn)算、PWM波形輸出、執(zhí)行系統(tǒng)保護(hù)
邏輯等全部工作,運(yùn)算量很大,對(duì)DSP運(yùn)算能力提出很高要求。百前來(lái)說(shuō) 限制了系統(tǒng)采樣頻率和總體控制頻率,也限制了復(fù)雜控制邏輯的應(yīng)用,這是 此類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制精度和響應(yīng)性能受限的主要原因。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種高運(yùn)算精度、 高采樣和控制頻率、良好動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能、體積較小、功耗較低的用于衛(wèi)星天 線指向機(jī)構(gòu)的伺服控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),其主控單元包含DSP 芯片及FPGA芯片,DSP芯片承擔(dān)系統(tǒng)全部控制邏輯運(yùn)算,F(xiàn)PGA芯片以 高速并行方式承擔(dān)信號(hào)釆集及其控制、數(shù)據(jù)預(yù)處理、PWM信號(hào)生成、執(zhí)行 系統(tǒng)保護(hù)邏輯等任務(wù),充分發(fā)揮DSP進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算、FPGA并行處理的優(yōu) 勢(shì)。
具體包括系統(tǒng)給定電路、主控單元、驅(qū)動(dòng)和功率電路、電流檢測(cè)電路、 角位置檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu),主控單元主要包括DSP芯片 和FPGA芯片,其中
DSP芯片,用于在系統(tǒng)中執(zhí)行全部控制邏輯,包括接收系統(tǒng)給定電路 輸出的系統(tǒng)角位置給定信號(hào);接收FPGA芯片輸出的電流、角位置和轉(zhuǎn)速反 饋信號(hào);結(jié)合所迷的給定信號(hào)與所述的反饋信號(hào),經(jīng)過(guò)矢量控制原理計(jì)算得 出空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM波形控制信號(hào),向FPGA芯片輸出;
FPGA芯片,在系統(tǒng)中完成信號(hào)采集及其控制、SVPWM信號(hào)生成及其 輸出和系統(tǒng)保護(hù)功能,包括根據(jù)預(yù)設(shè)采樣頻率,控制電流檢測(cè)電路、角位 置檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路進(jìn)行采樣,'并分別'接收其輸出的三相電流檢測(cè)信 號(hào)、粗精雙路角位置檢測(cè)信號(hào)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào);經(jīng)糾錯(cuò)邏輯,由粗、精雙路 角位置檢測(cè)信號(hào)生成電機(jī)轉(zhuǎn)子角位置反饋信號(hào);將電流、角位置和轉(zhuǎn)速反饋 信號(hào)送入DSP芯片;接收DSP芯片輸出的SVPWM波形控制信號(hào),生成
三相六路加入死區(qū)的'SVPWM波形,輸出送入驅(qū)動(dòng)和功率電路中的驅(qū)動(dòng)電 路,控制驅(qū)動(dòng)和功率電路中MOSFET功率電路的導(dǎo)通;根據(jù)系統(tǒng)保護(hù)邏輯, 必要時(shí)生成系統(tǒng)保護(hù)信號(hào)。
本發(fā)明的原理是系統(tǒng)主控單元承擔(dān)任務(wù)為系統(tǒng)的信號(hào)采集及其控制, 即根據(jù)預(yù)先設(shè)定的釆樣時(shí)間觸發(fā)電流檢測(cè)電路、角位置檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè) 電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)電機(jī)三相電流、轉(zhuǎn)子角位置、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣; 數(shù)據(jù)預(yù)處理,即分時(shí)接收角位置檢測(cè)電路輸出的粗、精雙路角位置檢測(cè)信號(hào), 經(jīng)糾錯(cuò)邏輯處理生成角位置反饋信號(hào);控制邏輯運(yùn)算,即使用矢量控制方法 對(duì)電機(jī)進(jìn)行位置、速度、電流三閉環(huán)實(shí)時(shí)控制;PWM信號(hào)生成,即根據(jù)矢 量要求生成相應(yīng)開關(guān)狀態(tài);執(zhí)行系統(tǒng)保護(hù)邏輯,即在系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)流、短路等 異常情況時(shí)輸出保護(hù)信號(hào)保護(hù)系統(tǒng)不被損壞。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 本發(fā)明采用DSP進(jìn)行系統(tǒng)控制邏輯運(yùn)算,相對(duì)傳統(tǒng)的單片機(jī)、嵌 入式計(jì)算機(jī)等控制方式具有更高運(yùn)算速度和精度、更高系統(tǒng)控制頻率、較小 的體積和功庫(kù)€。
(2) 相對(duì)于單DSP控制系統(tǒng),本系統(tǒng)由于DSP芯片專用于控制邏輯的 計(jì)算,算法執(zhí)行速度更高;采用浮點(diǎn)DSP,運(yùn)算精度更高;使用FPGA進(jìn) 行高速采樣,具有更高采樣頻率和系統(tǒng)總體控制頻率,從而提高了系統(tǒng)控制 精度。
(3) 使用FPGA芯片作為SVPWM波形生成電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片控制 器、功率模塊控制器,執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)功能。高度集成化使 得系統(tǒng)保持較低功耗、較小體積。
(4) 本發(fā)明中的FPGA芯片由于采用了閨8所示的邏輯工作過(guò)程,因此 可以生成非中心對(duì)稱的SVPWM波形,從而使硬件實(shí)現(xiàn)方便,降低了系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)成本。
圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理框圖; 圖2為圖1的主控單元原理框圖3為圖1的驅(qū)動(dòng)電路及MOSFET功率電路原理框圖(以A相為例); 圖4為圖1的電流檢測(cè)電路原理框圖(以單相為例); 圖5為圖1的角位置檢測(cè)電路原理框圖; 圖6為圖1的速度檢測(cè)電路原理框圖; 圖7為本發(fā)明的系統(tǒng)控制邏輯原理圖8為本發(fā)明的FPGA內(nèi)SVPWM波形產(chǎn)生邏輯圖(以A相為例); 圖9為本發(fā)明的DSP主程序流程圖; 圖10為本發(fā)明的FPGA主程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示,本發(fā)明主要由穩(wěn)恒直流電源電路1、系統(tǒng)給定電路2、主 控單元3、驅(qū)動(dòng)和功率電路4、電流檢測(cè)電路5、角位置檢測(cè)電路6、轉(zhuǎn)速 檢測(cè)電路7、執(zhí)行機(jī)構(gòu)8組成,其中穩(wěn)恒直流電源電路1向系統(tǒng)給定電路2、 主控單元3提供+5V電壓;向驅(qū)動(dòng)和功率電路4中的隔離驅(qū)動(dòng)電路41、電 流檢測(cè)電路5、角位置檢測(cè)電路6、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路7提供士15V電壓;向驅(qū) 動(dòng)和功率電路4中的MOSFET功率電路42提供穩(wěn)壓直流+28V電源;系統(tǒng) 給定電路2提供16位角位置給定信號(hào),送入主控單元3;電流檢測(cè)電路5 采樣MOSFET功率電路42輸出三相電流,生成三相電流檢測(cè)信號(hào),送入 主控單元3,同時(shí)生成電流檢測(cè)電壓信號(hào),送入驅(qū)動(dòng)和功率電路4;角位置 檢測(cè)電路6檢測(cè)當(dāng)前執(zhí)行機(jī)構(gòu)8中伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子角位置,生成粗、精雙路 角位置反饋信號(hào),送入主控單元3;角位置檢測(cè)電路6同時(shí)生成轉(zhuǎn)速電壓信 號(hào),送入轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路7;轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路7檢測(cè)轉(zhuǎn)速電壓信號(hào),生成轉(zhuǎn)速檢 測(cè)信號(hào),送入主控單元3。主控單元3根據(jù)送入的角位置、轉(zhuǎn)速、三相電流檢測(cè)信號(hào)和系統(tǒng)給定信號(hào),按照矢量控制原理和三閉環(huán)控制律,生成相應(yīng)的
SVPWM波形。輸出的SVPWM波形送入驅(qū)動(dòng)和功率電路4,輸出預(yù)定電壓 電流波形,驅(qū)動(dòng)電機(jī)伺服運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)8采用永磁同步伺服電動(dòng)機(jī),其中 的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出經(jīng)大減速比精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)天線進(jìn)行精確跟蹤或 定位。
如圖2所示,主控單元3包括DSP芯片31, FPGA芯片32, FLASH 芯片33,外擴(kuò)RAM芯片34, EPROM配置芯片35,其中
作為信號(hào)采集器,F(xiàn)PGA芯片32進(jìn)行以下工作通過(guò)電流采樣控制信 號(hào)控制電流檢測(cè)電路5對(duì)三相電流進(jìn)行采樣,讀取其輸出的三相12位電流 檢測(cè)信號(hào),作為三相電流反饋信號(hào),送入DSP芯片31;通過(guò)角位置釆樣控 制信號(hào)控制角位置檢測(cè)電路6對(duì)轉(zhuǎn)子角位置進(jìn)行采樣,分時(shí)讀取其輸出的 粗、精雙路角位置檢測(cè)信號(hào),進(jìn)行權(quán)值處理,即把粗通道的數(shù)據(jù)擴(kuò)成轉(zhuǎn)速比 的倍數(shù),精通道數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)處理的粗通道的數(shù)據(jù)再一起進(jìn)行數(shù)據(jù)的組合及糾 錯(cuò),得到電機(jī)轉(zhuǎn)子19位精度角位置反饋信號(hào),送入DSP芯片31;通過(guò)轉(zhuǎn) 速采樣控制信號(hào)控制轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路7對(duì)轉(zhuǎn)速電壓信號(hào)進(jìn)行采樣,讀取其輸出 的12位轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào),作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào),送入DSP芯片31。
作為控制運(yùn)算器,DSP芯片31從系統(tǒng)給定電路2接收電機(jī)角位置給 定信號(hào);在FPGA芯片32發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)執(zhí)行中斷響應(yīng)程序接收角位置、 轉(zhuǎn)速、電流反饋信號(hào);依照控制邏輯,結(jié)合給定信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)控 制運(yùn)算,運(yùn)算完畢生成SVPWM控制信號(hào),送入FPGA芯片32。
作為PWM波形發(fā)生器,F(xiàn)PGA芯片32每個(gè)PWM周期查詢接收一次 DSP芯片31發(fā)出的SVPWM控制信號(hào),生成相應(yīng)的SVPWM波形,并送 入驅(qū)動(dòng)和功率電路4,完成電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
為完成系統(tǒng)保護(hù),F(xiàn)PGA芯片32結(jié)合系統(tǒng)保護(hù)邏輯,根據(jù)電流檢測(cè)信 號(hào)判斷,在系統(tǒng)過(guò)流、短路等異常情況時(shí)輸出保護(hù)信號(hào),使MOSFET管全 部關(guān)斷10ms,保護(hù)系統(tǒng);電流采樣時(shí),控制A/D芯片在每相電流換相完畢、
電流值平穩(wěn)后再對(duì)電流進(jìn)行采樣。
FLASH芯片33用于DSP芯片31的程序存儲(chǔ);外擴(kuò)RAM芯片34提 供外擴(kuò)512K存儲(chǔ)空間,滿足運(yùn)算需要;EPROM配置芯片35提供FPGA 芯片32的配置信息。
本發(fā)明所采用的DSP芯片為TMS320VC33-150PGE; FPGA芯片為 SPARTAN XCS40。
如圖3所示,驅(qū)動(dòng)及功率電路4包括驅(qū)動(dòng)電路41、 MOSFET功率電路 42、高速光耦隔離電路43,其中(本圖以A相為例)
高速光耦隔離電路43接收主控電路3發(fā)出的SVPWM波形,并將其送 入驅(qū)動(dòng)電路41的IN端口 (上下橋臂控制端分別為HIN1、 LIN1),控制驅(qū) 動(dòng)電路41的上下觸發(fā)端口 H01、 L01輸出MOSFET功率管開關(guān)狀態(tài),從 而驅(qū)動(dòng)A相上下橋臂的導(dǎo)通和關(guān)斷,以輸出預(yù)定電壓電流波形,驅(qū)動(dòng)電機(jī)伺 服運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)電路41從電流檢測(cè)電路5接收電流檢測(cè)電壓信號(hào),完成過(guò)流、 短路保護(hù)功能,保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)因過(guò)流、短路等異常狀態(tài)而損壞。
如圖4所示,電流檢測(cè)電路5包括電流互感器51,調(diào)幅、偏置、濾 波電路52, AD轉(zhuǎn)換芯片53,濾波、分壓電路54,其中(本圖以單相為例)
電流互感器51對(duì)MOSFET功率電路42輸出的相電流進(jìn)行檢測(cè),經(jīng)調(diào) 幅、偏置濾波電路52、經(jīng)AD轉(zhuǎn)換芯片53采樣后,生成12位精度電流檢 測(cè)信號(hào),送入主控單元3。 AD轉(zhuǎn)換芯片采樣受FPGA芯片32輸出的電流 采樣控制信號(hào)控制,以錯(cuò)過(guò)電流換相時(shí)刻可能產(chǎn)生的尖峰電流,待電流值趨 于平穩(wěn)再進(jìn)行采樣,以提高控制精度。
濾波、分壓電路54接收電流互感器51的輸出,生成電流檢測(cè)電壓信號(hào), 送入驅(qū)動(dòng)電路41完成過(guò)流保護(hù)功能。
如圖5所示,角位置檢測(cè)電路由雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器61 、軸角編碼器R D C 電路62、正弦激勵(lì)源電路63組成,其中
正弦激勵(lì)源電路63為雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器61提供正弦激勵(lì)信號(hào),送入旋
轉(zhuǎn)變壓器原邊,由射邊輸出兩路正交信號(hào),送回正弦激勵(lì)源電路63,樹成 同步鎖定閉環(huán),保證正弦激勵(lì)信號(hào)穩(wěn)定。
雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器61檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出角位置,輸出粗、精兩路 正弦、余弦信號(hào),送入RDC電路62, RDC電路62完成兩路角度解算,生 成粗、精兩路角位置檢測(cè)信號(hào),根據(jù)角位置采樣控制信號(hào),分時(shí)送入主控單 元3;同時(shí)生成轉(zhuǎn)速電壓信號(hào),送入轉(zhuǎn)速4企測(cè)電路6。
如圖6所示,轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路包括調(diào)幅、偏置、濾波電路61, AD轉(zhuǎn)換 芯片62,其中
角位置檢測(cè)電路5送入的轉(zhuǎn)速電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)幅、偏置、濾波電路61的 調(diào)制、AD轉(zhuǎn)換芯片62的采樣,生成12位精度的轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào),送入主控 單元3。 AD轉(zhuǎn)換芯片62根據(jù)主控單元3送入的轉(zhuǎn)速采樣控制信號(hào)而具有固 定的1ms采樣周期。
如圖7所示的系統(tǒng)控制邏輯全部由TMS320VC33型DSP芯片完成。控 制系統(tǒng)采用位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以滿足高精度動(dòng)態(tài)跟蹤或定位的 要求。位置調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)采用Pl控制,保證系統(tǒng)定位精度;速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)采用 P控制,保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性;電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)采用P控制,保證 系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)能力。
角度傳感器生成角位置反饋信號(hào)《;速度計(jì)算環(huán)節(jié)生成速度反饋信號(hào)
電流傳感器生成三相電流反饋值/,,/"c,經(jīng)ABC相/dq相坐標(biāo)變換環(huán)節(jié), 生成電流d、 q坐標(biāo)系下兩路反饋信號(hào)^、"
角位置給定信號(hào)《與位置反饋信號(hào)《比較,誤差□《經(jīng)角位置調(diào)節(jié)環(huán)節(jié), 輸出速度給定信號(hào)"。速度給定信號(hào)^與速度反饋信號(hào)w,比較,誤差口^經(jīng) 速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)輸出電流q軸分量給定信號(hào)《。轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)^經(jīng)函數(shù)發(fā)生器 環(huán)節(jié)生成電流d軸分量給定信號(hào)C。電流給定信號(hào)〈、C與電流反饋信號(hào)^、 々比4吏,生成電流誤差信號(hào)n^、 口/《經(jīng)電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié),生成dq相電
壓給定《、《,經(jīng)Park逆變換環(huán)節(jié)生成a(3相電壓給定《、《,送入SVPWM 生成環(huán)節(jié),生成SVPWM波形,驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。
如圖8所示,F(xiàn)PGA經(jīng)所示邏輯生成非中心對(duì)稱的PWM波形。非中心 對(duì)稱波形每相只有一次高低電平轉(zhuǎn)換,并且轉(zhuǎn)換時(shí)刻由輸入的脈寬時(shí)間進(jìn)行 調(diào)制,通過(guò)三相不同的脈寬時(shí)間調(diào)制輸出SVPWM波形。單相波形在單個(gè) PWM周期內(nèi)的形式為死區(qū)、高導(dǎo)通、死區(qū)、低導(dǎo)通。FPGA產(chǎn)生PWM 波形邏輯主要包括三部分,上橋臂死區(qū)發(fā)生部分81、脈寬控制部分82,下 橋臂死區(qū)發(fā)生部分83,其中(本圖以A相為例)
PWM周期開始,脈寬控制時(shí)間由PWMact 口送入。在脈寬時(shí)間內(nèi)上橋 臂觸發(fā)端PWMah應(yīng)該輸出高電平、下橋臂觸發(fā)端PWMal輸出低電平;脈 寬時(shí)間過(guò),則上橋臂觸發(fā)端PWMah應(yīng)該輸出低電平、下橋臂觸發(fā)端PWMal 輸出高電平。
PWM周期開始時(shí)刻,上橋臂死區(qū)發(fā)生部分81即開始工作,用于在上橋 臂導(dǎo)通前加入死區(qū)時(shí)間。具體為第一計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零并正計(jì)數(shù),輸出送入第 一比較寄存器;第一脈寬寄存器存儲(chǔ)死區(qū)時(shí)間并由Q端保持輸出,送入第 一比較寄存器;第一比較寄存器對(duì)計(jì)數(shù)值與死區(qū)時(shí)間進(jìn)行比較。若計(jì)數(shù)值小 于死區(qū)值,則輸出通過(guò)后續(xù)的非和與邏輯使上橋臂觸發(fā)端PWMah輸出為 低;若計(jì)數(shù)值大于死區(qū)值,則上橋臂死區(qū)發(fā)生部分81停止工作,后續(xù)的非 和與邏輯使上橋臂觸發(fā)端PWMah輸出為高,直至脈寬時(shí)間到。
PWM周期開始時(shí)刻,脈寬控制部分82即開始工作,用于在脈寬時(shí)間到
的時(shí)刻,促使上下橋臂輸出反相,即上橋臂輸出低電平,下橋臂輸出高電平。 其中的第二脈寬寄存器存儲(chǔ)脈寬時(shí)間并由Q端保持輸出,送入第一比較寄
存器;第二計(jì)數(shù)器清零并正計(jì)數(shù),輸出送入第二比較寄存器;第二比較寄存 器對(duì)脈寬時(shí)間與計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較。脈寬時(shí)間不到,第一觸發(fā)器的Q端輸出 高電平,促使PWMah輸出高電平、使PWMal輸出低電平;脈寬時(shí)間到, 兩者狀態(tài)相反。
上橋臂反相即輸出為低時(shí),下橋臂死區(qū)發(fā)生部分83即開始工作',用于
在下橋臂輸出為高電平之前加入死區(qū)時(shí)間。具體為其中的第三脈寬寄存器存 儲(chǔ)死區(qū)時(shí)間,第三計(jì)數(shù)器受上橋臂信號(hào)控制清零并正計(jì)數(shù),輸出計(jì)數(shù)值送入
第三比較寄存器;第三脈寬寄存器存儲(chǔ)死區(qū)時(shí)間,并由Q端保持輸出,送 入第三比較寄存器;第三比較寄存器對(duì)計(jì)數(shù)值與死區(qū)時(shí)間進(jìn)行比較。若計(jì)數(shù) 值小于死區(qū)值,則輸出通過(guò)后續(xù)的非和與邏輯使下橋臂觸發(fā)端PWMah輸出 為低;若計(jì)數(shù)值大于死區(qū)值,則下橋臂死區(qū)發(fā)生部分83停止工作,后續(xù)的 非和與邏輯使下橋臂觸發(fā)端PWMah輸出為高,直至PWM周期時(shí)間到。
三部分綜合作用結(jié)果是,PWM周期開始,上下橋臂全部關(guān)斷;經(jīng)過(guò)死 區(qū)時(shí)間,上橋臂導(dǎo)通;脈寬時(shí)間到后,上橋臂關(guān)斷,下橋臂待導(dǎo)通;死區(qū)時(shí) 間到后下橋臂導(dǎo)通。兩段死區(qū)時(shí)間的加入使得系統(tǒng)不會(huì)有直通現(xiàn)象發(fā)生。
如圖9所示,DSP在系統(tǒng)上電后將變量初始化,禁止PWM波形輸出, 開中斷,通過(guò)PIO 口檢測(cè)是否有系統(tǒng)運(yùn)行指令,若無(wú)運(yùn)行指令則不停檢測(cè)。 接收到運(yùn)行指令后,設(shè)置系統(tǒng)PID運(yùn)算參數(shù),解除PWM封鎖,進(jìn)入主循環(huán) 程序。主循環(huán)程序沒(méi)有收到中斷請(qǐng)求,則根據(jù)預(yù)設(shè)的控制時(shí)間,更新系統(tǒng)給 定信息并進(jìn)行系統(tǒng)控制運(yùn)算,此過(guò)程中要有開關(guān)中斷動(dòng)作保證整個(gè)運(yùn)算過(guò)程 不受干擾。接收到中斷請(qǐng)求后,執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理子程序,讀取角位置、 轉(zhuǎn)速、電流等反饋量,更新寄存器信息留待控制運(yùn)算使用,返回。既無(wú)中斷 請(qǐng)求,又未到控制運(yùn)算時(shí)間則執(zhí)行一次空操作。
如圖10所示,F(xiàn)PGA在系統(tǒng)上電后讀取配置芯片中的配置信息,接收 到開PWM信號(hào)之后解除PWM封鎖,進(jìn)入并行工作模式。共有四個(gè)進(jìn)程。 第 一進(jìn)程用于電流反饋,預(yù)設(shè)的電流采樣時(shí)間到,則對(duì)三相電流檢測(cè)值采樣, 作為三相電流反饋值,向DSP發(fā)出中斷請(qǐng)求,發(fā)送三相電流反饋信號(hào)。第 二進(jìn)程用于轉(zhuǎn)速采樣,預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速采樣時(shí)間到,則對(duì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)值采樣,生成 轉(zhuǎn)速反饋值,通過(guò)中斷方式送入DSP。第三進(jìn)程用于角位置釆樣,采樣時(shí) 間到,則分時(shí)讀取粗、精雙路角位置檢測(cè)信號(hào),按照糾錯(cuò)邏輯生成19位精
度角位置反饋信號(hào),通過(guò)中斷方式送入DSP。第四進(jìn)程用于PWM波形生成,
每個(gè)PWM周期開始,讀取DSP輸出的SVPWM控制信號(hào),結(jié)合系統(tǒng)保護(hù) 邏輯,生成非對(duì)稱SVPWM波形或系統(tǒng)保護(hù)信號(hào)后輸出。
權(quán)利要求
1、一種衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于包括系統(tǒng)給定電路(2)、主控單元(3)、驅(qū)動(dòng)和功率電路(4)、電流檢測(cè)電路(5)、角位置檢測(cè)電路(6)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路(7)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(8),主控單元(3)主要包括DSP芯片(31)和FPGA芯片(32),其中DSP芯片(31),用于在系統(tǒng)中執(zhí)行全部控制邏輯,包括接收系統(tǒng)給定電路(2)輸出的系統(tǒng)角位置給定信號(hào);接收FPGA芯片(32)輸出的電流、角位置和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào);結(jié)合所述的給定信號(hào)與所述的反饋信號(hào),經(jīng)過(guò)矢量控制原理計(jì)算得出空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM波形控制信號(hào),向FPGA芯片(32)輸出;FPGA芯片(32),在系統(tǒng)中完成信號(hào)采集及其控制、SVPWM信號(hào)生成及其輸出和系統(tǒng)保護(hù)功能,包括根據(jù)預(yù)設(shè)采樣頻率,控制電流檢測(cè)電路(5)、角位置檢測(cè)電路(6)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路(7)進(jìn)行采樣,并分別接收其輸出的三相電流檢測(cè)信號(hào)、粗精雙路角位置檢測(cè)信號(hào)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào);經(jīng)糾錯(cuò)邏輯,由粗、精雙路角位置檢測(cè)信號(hào)生成電機(jī)轉(zhuǎn)子角位置反饋信號(hào);將電流、角位置和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)送入DSP芯片(31);接收DSP芯片(31)輸出的SVPWM波形控制信號(hào),根據(jù)波形生成邏輯,生成三相六路加入死區(qū)的SVPWM波形,輸出送入驅(qū)動(dòng)和功率電路(4)中的驅(qū)動(dòng)電路(41),控制驅(qū)動(dòng)和功率電路(4)中的MOSFET功率電路(42)的導(dǎo)通;根據(jù)系統(tǒng)保護(hù)邏輯,必要時(shí)生成系統(tǒng)保護(hù)信號(hào)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于還包 括穩(wěn)恒直流電源電路(1 ),向系統(tǒng)給定電路(2)、主控單元(3)提供+5V 電壓;向驅(qū)動(dòng)和功率電路(4)中的隔離驅(qū)動(dòng)電路(41 )、電流檢測(cè)電路(5)、 角位置檢測(cè)電路(6)和轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路(7)提供土15V電壓;向驅(qū)動(dòng)和功率 電路(4)中的MOSFET功率電路(42.)提供穩(wěn)壓直流+28V電源.。.
3、 根振權(quán)利要求1或2所述的衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于 所述的FPGA芯片(32)經(jīng)過(guò)中斷方式向DSP芯片(31)傳送反饋信號(hào), 以周期查詢方式接收控制信號(hào),F(xiàn)PGA芯片(32)和DSP芯片(31)兩芯 片并行工作。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于 所述的主控單元(3)還包括FLASH芯片(33),用于DSP芯片(31) 的程序存儲(chǔ);外擴(kuò)RAM芯片(34)提供DSP芯片(31 )的外擴(kuò)512K存 儲(chǔ)空間,滿足運(yùn)算需要;EPROM配置芯片(35)提供FPGA芯片(32)的配置信息。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于所述 的FPGA芯片(32)生成非中心對(duì)稱的PWM波形,對(duì)應(yīng)的波形生成邏輯 包括上橋臂死區(qū)發(fā)生部分(81)、脈寬控制部分(82),下橋臂死區(qū)發(fā)生 部分(83),上述三個(gè)部分分別順序完成在上橋臂導(dǎo)通前加入死區(qū)波形、控 制上橋臂關(guān)斷、下橋臂導(dǎo)通前加入死區(qū)波形三個(gè)功能。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于所述 DSP芯片(31 )為Tl公司TMS320VC3X系列。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于所述 FPGA芯片(32 )為XILINX公司的SPARTAN系列。
全文摘要
一種衛(wèi)星天線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),包括系統(tǒng)給定電路、主控單元、驅(qū)動(dòng)和功率電路、電流檢測(cè)電路、角位置檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu),主控單元主要包括DSP芯片和FPGA芯片,本發(fā)明有效地提高了指向精度和動(dòng)態(tài)跟蹤性能,減小了控制系統(tǒng)的體積和功耗。在衛(wèi)星天線指向控制系統(tǒng)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G05D3/20GK101109961SQ20071011996
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者剛 劉, 劉建章, 房建成, 李光軍, 王志強(qiáng), 韓邦成 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)