專利名稱：基于fpga芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于FPGA芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置。
技術背景稀土永磁同步電機是一種公認的高效節能電機，與普通電機相比，具有節能高效， 結構簡單，功率密度高，轉速不隨負載波動的特性等特點。我國稀土元素儲量豐富，為稀土 永磁同步電機的廣泛應用奠定了很好的基礎。稀土永磁同步電機的控制要比普通電機復雜的多，通用的變頻器幾乎無法可靠驅 動。在稀土永磁同步電機的驅動系統中，需要實現大量的實時并行數據處理及控制，如果采 用單片機或DSP來實現，系統響應速度難以滿足稀土永磁同步電機的控制要求。這些問題 在很大程度上影響了稀土永磁同步電機實際應用。
發明內容本實用新型的目的是提供一種結構簡單，可靠性高，調速平穩精確，系統響應快， 負載特性好，功能可擴充性強的基于FPGA為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置。為了克服現有技術的不足，本實用新型的技術方案是這樣解決的一種基于FPGA 芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置，本實用新型的特殊之處在于該裝置的硬件 由FPGA芯片依次分別與供電電路、PWM驅動輸出電路、id/td測量、通信接口、輸入輸出控制 及顯示部分、位置傳感器、多路模擬量采集連接，多路模擬量采集與供電隔離轉化和三相電 流測量連接，PWM驅動輸出電路、位置傳感器與稀土永磁同步電機連接，且系統集成有多種 轉矩控制模型。所述的多路模擬量采集部分，由芯片內模擬量采集模塊與自適應鋸齒波生成電路 連接，該自適應鋸齒波生成電路與幅值脈寬轉換電路連接，幅值脈寬轉換電路和芯片內模 擬量采集模塊連接。所述的電流變化率采集處理部分由感應式電流變化率傳感器、保護信號生成電路 構成，感應式電流變化率傳感器與保護信號生成電路連接，保護信號生成電路與FPGA芯片 內電流變化率處理模塊連接。所述的多種轉矩控制模型包括(1)當受控電機輸出轉矩小于系統設定轉矩時，控制指令對電機轉速的增加或減 小控制有效；(2)當受控電機輸出轉矩達到系統設定轉矩時，控制指令對電機轉速的增加控制 無效；減小控制有效；(3)當受控電機輸出轉矩已經超過系統設定轉矩時，電機轉速會自動減小。現有技術相比，由于本實用新型使用了以FPGA芯片為核心的控制單元和同步并 行的多路模擬量數據采集方法，為系統并行控制奠定了基礎，使系統具有很高的響應速度； 多種轉矩控制模型為電動汽車和工業自動化的控制提供的便利。本實用新型具有結構簡單，可靠性高，調速平穩精確，系統響應快，負載特性好，功能可再擴充性強等特點。可廣泛 用于工業自動化，電動汽車，輪船，火車，國防等多個行業。
圖1為本實用新型電氣系統結構示意圖；圖2為多路模擬量采集部分示意圖；圖3為電流變化率采集處理部分結構示意圖。
具體實施方式
附圖為本實用新型的實施例。
以下結合附圖對發明內容作進一步說明參照圖1所示，一種基于FPGA芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置，該 裝置的硬件由FPGA芯片1依次分別與供電電路3、PWM驅動輸出電路6、id/td測量4、多路 模擬量采集10、通信接口 9、輸入輸出控制及顯示部分2、位置傳感器8連接，多路模擬量采 集10與供電隔離轉化5和三相電流測量5連接，PWM驅動輸出電路6、位置傳感器8與稀土 永磁同步電機連接。圖2所示，多路模擬量采集部分由芯片內模擬量采集模塊73與自適應鋸齒波生成 電路71連接，自適應鋸齒波生成電路71與幅值脈寬轉換電路72連接，幅值脈寬轉換電路 72與芯片內模擬量采集模塊73和被采集模擬量數據相連接。為了實現稀土永磁同步電機驅動控制裝置對電流、電壓等多參數并行采集的要 求，提高采樣數據抗干擾能力，采集運行過程為FPGA芯片內模擬量采集模塊73發出系統 同步脈沖和鋸齒波幅值數據到自適應鋸齒波生成電路71，自適應鋸齒波生成電路71將其 生成的鋸齒波特性數據送回片內模擬量采集模塊73構成閉環，生成穩定的同步鋸齒波。三 相電流測量電路完成電流信號測量，供電隔離轉化電路完成供電電壓測量，上述電流、電壓 等模擬量信號和同步鋸齒波在幅值脈寬轉換電路72中生成各對應的方波數據并行送出， 芯片內模擬量采集模塊73將方波數據并行轉換成模擬量數據。實現了多路模擬數據的同 步并行采集。圖3所示，電流變化率采集處理部分由感應式電流變化率傳感器41、保護信號生 成電路42構成，感應式電流變化率傳感器41與保護信號生成電路42連接，保護信號生成 電路42與FPGA芯片內供電電流變化率處理模塊43連接。為了實現稀土永磁同步電機驅動控制對系統供電電流狀態準確、實時監控的要 求，功能實現方式為由感應式電流變化率傳感器41采集主回路電流變化信息，送至保護 信號生成電路42，當主回路電流變化率超過設定值時，產生保護信息送至FPGA芯片內供電 電流變化率處理模塊43，完成控制。所述的多種轉矩控制模型包括(1)當受控電機輸出轉矩小于系統設定轉矩時，控制指令對電機轉速的增加或減 小控制有效；(2)當受控電機輸出轉矩達到系統設定轉矩時，控制指令對電機轉速的增加控制 無效；減小控制有效；[0026](3)當受控電機輸出轉矩已經超過系統設定轉矩時，電機轉速會自動減小。綜上所述，本實用新型的稀土永磁同步電機驅動裝置實施例功能實現方式為核 心控制芯片FPGA與同步并行采集的多路模擬數據，位置狀態構成閉環控制系統，FPGA接收 輸入設定或通信指令，產生驅動信號到PWM驅動輸出電路，PWM驅動輸出電路驅動永磁同步 電機，完成稀土永磁同步電機的各種控制運行。系統運行過程中，FPGA實時監控電流、電壓 及電流變化率等狀態，實現各種保護功能；同時FPGA與輸入輸出接口通信，傳送相關信息。上述系統控制除所述硬件相互連接、和完成各自的功能外，還包括有控序軟件在 內。
權利要求一種基于FPGA芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置，其特征在于該裝置的硬件由FPGA芯片(1)依次分別與供電電路(3)、PWM驅動輸出電路(6)、id/td測量(4)、多路模擬量采集(10)、通信接口(9)、輸入輸出控制及顯示(2)、位置傳感器(8)連接，多路模擬量采集(10)與供電隔離轉化(5)、三相電流測量(7)連接，PWM驅動輸出部分(6)與位置傳感器(8)連接，位置傳感器(8)的另一端與稀土永磁同步電機連接，且裝置集成了多種轉矩控制模型。
2.根據權利要求1所述的基于FPGA芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置， 其特征在于所述的多路模擬量采集是由自適應鋸齒波生成電路(71)與幅值脈寬轉換電路 (72)構成，芯片內模擬量采集模塊(73)與自適應鋸齒波生成電路(71)連接，自適應鋸齒波 生成電路(71)與幅值脈寬轉換電路(72)連接，幅值脈寬轉換電路(72)與芯片內模擬量采 集模塊(73)和被采集模擬量數據相連接，構成多路模擬量采集部分。
3.根據權利要求1所述的基于FPGA芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置，其 特征在于所述的id/td測量(4)由感應式電流變化率傳感器(41)、保護信號生成電路(42) 構成，感應式電流變化率傳感器(41)與保護信號生成電路(42)連接，保護信號生成電路 (42)與FPGA芯片內供電電流變化率處理模塊(43)連接，構成電流變化率采集處理部分。
4.根據權利要求1所述的基于FPGA芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置，其 特征在于所述的多種轉矩控制模型包括(1)當受控電機輸出轉矩小于系統設定轉矩時，控制指令對電機轉速的增加或減小控 制有效；(2)當受控電機輸出轉矩達到系統設定轉矩時，控制指令對電機轉速的增加控制無效； 減小控制有效；(3)當受控電機輸出轉矩已經超過系統設定轉矩時，電機轉速會自動減小。
專利摘要本實用新型公開了基于FPGA芯片為核心的稀土永磁同步電機驅動控制裝置，其主要特征在于該裝置以FPGA芯片作為系統核心控制單元；公開了一種的多路模擬量數據采集方法，這種數據采集方法可以實現多路模擬量的實時并行采集，具有非常快速的實時性和良好的可擴充性；公開了稀土永磁同步電機的多種轉矩控制模型，為電動汽車和工業自動化的控制提供的便利。本實用新型具有結構簡單，可靠性高，調速平穩精確，響應快，負載特性好，擴充性強等特點。可廣泛用于工業自動化，電動汽車，輪船，火車，國防等多個行業。
文檔編號H02P6/08GK201608679SQ20102001964
公開日2010年10月13日 申請日期2010年1月7日 優先權日2010年1月7日
發明者馮超, 李皓, 焦耀峰, 袁海玉 申請人:陜西捷普控制技術有限公司