一種基于fpga的三相伺服電機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于電子技術領域，尤其是一種基于FPGA的=相伺服電機。
【背景技術】
[0002] 20世紀80年代W來，隨著集成電路、電力電子技術和交流可變速驅動技術的發展， 永磁交流伺服驅動技術有了突出的發展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動 機和伺服驅動器系列產品并不斷完善和更新。交流伺服系統已成為當代高性能伺服系統的 主要發展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代W后，世界各國已經商品化了 的交流伺服系統是采用全數字控制的正弦波電動機伺服驅動。交流伺服驅動裝置在傳動領 域的發展日新月異。
[0003] =相交流伺服電動機劃分為永磁同步伺服電動機和交流異步伺服電動機。永磁同 步伺服電動機和交流異步伺服電動機相比較，有W下特點（1)永磁同步伺服電動機的造價 要比交流異步伺服電機昂貴。（2)永磁同步電動機轉子使用永磁材料，所W容量通常限制在 5.5KWW下，容量再增大就有困難。而交流異步伺服電動機就沒有容量限制運方面的問題。 (3) 永磁同步伺服電動機當轉矩達到一定時，會使永磁體退磁，而交流異步伺服電動機不存 在運現象。（4)永磁同步伺服電動機的轉子上有永磁體，所W當電動機在高速運行時，永磁 體有脫落的危險。（5)永磁同步伺服電動機由于轉子使用永磁體構成，所W在運行時轉子不 產生熱量，而=相交流異步伺服電動機的轉子則會在運行時產生大量的熱，所W在發熱狀 況方面，永磁同步伺服機要比交流異步伺服電機優越。
[0004] 伺服電機可W把輸入的電壓信號變換成為軸上的角位移和角速度輸出，在控制系 統中，伺服系統是一種十分廣泛應用的系統，伺服電機在系統中是用作執行元件，定子中的 勵磁磁通和轉子中的電流相互作用時就會產生電磁轉矩驅動電樞轉動，恰當地控制轉子中 電樞的電流的方向和大小，就可W控制伺服電機的轉動方向和轉動速度，電樞電流為零時 伺服電機則停止不動，不像步進電機需要用時序脈沖去驅動，還可W通過反饋形成閉環控 審IJ，達到較高的精度。實現更簡單。
[000引綜合所述，考慮我國是一個發展中國家，電機的需求量仍然巨大，電機的性價比是 重要的考慮標準，交流異步伺服電動機比永磁同步伺服電動機在總體上更適合我國的國情 和發展方向。交流異步伺服電機用途廣泛，但電機的發熱升溫方面有改進的必要。降低電機 的線負荷，定子電流密度和減少電機的損耗成為改進的目標。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的是克服傳統電機線負荷過大，定子電流密度過大，電機損耗過 大的缺點。
[0007] 為此，本實用新型提供了一種基于FPGA的S相伺服電機，其包括S相伺服電機，所 述=相伺服電機由用來產生旋轉磁場的定子和轉子兩部分組成，還包括用于控制=相伺服 電機的轉動方向的PWM電路;所述PWM電路輸出端與=相伺服電機輸出端電連接。
[000引所述PWM電路包括用于放大PWM電路功率的功率放大電路和用于產生PWM波形并控 制功率放大電路的FPGA控制電路；
[0009 ]所述功率放大電路輸入端與FPGA控制電路輸出端電連接。
[0010] 所述P歷電路還包括與FPGA控制電路電連接的用來顯示電機工作狀態的L抓顯示 屏和用于輸入控制信息的鍵盤輸入；
[0011] 所述FPGA控制電路輸出端與LED顯示屏輸入端電連接，所述鍵盤輸入輸出端與 FPGA控制電路輸入端電連接;所述功率放大電路采用由晶體管功率放大器8050和8550。
[0012] 所述轉子(1)還包括報警電路，所述報警電路輸出端與轉子輸入端電連接。
[0013] 所述鍵盤輸入為3x2鍵盤，所述L邸顯示屏為觸摸屏。
[0014] 所述=相伺服電機還包括一個過壓過流的保護電路，所述保護電路輸入端與定子 的輸出端電連接。
[0015] 所述=相伺服電機還包括電源模塊，所述電源模塊輸出端與轉子輸入端電連接。
[0016] 本實用新型具有W下優點：
[0017] 本實用新型采用由晶體管功率放大器8050和8550組成的H型PWM電路。FPGA控制晶 體管功率放大器使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電動機的轉速，運種電路由 于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高;H型電路保證了可W簡單的實現轉速和方向 的控制；電子開關速度很快，穩定性也極強。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019] W下是本實用新型的具體實施例并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步 的描述，但本實用新型并不限于運些實施例。
[0020] 實施例1
[0021] 如圖1所示，為了克服傳統電機線負荷過大，定子電流密度過大，電機損耗過大的 缺點，本實用新型提供了一種基于FPGA的S相伺服電機，其包括S相伺服電機3,所述S相 伺服電機3由用來產生旋轉磁場的定子1和轉子2兩部分組成，還包括用于控制=相伺服電 機3的轉動方向的PWM電路8。
[0022] 所述功率放大電路7與FPGA控制電路4電連接;所述P麗電路8與S相伺服電機3電 連接。
[0023] 實施例2
[0024] 為了產生PWM波形，實現電機轉速控制，本實用新型設置安裝了 PWM電路8，所述PWM 電路8包括用于放大PWM電路功率的功率放大電路7和用于產生PWM波形并控制功率放大電 路7的FPGA控制電路4;
[002引所述功率放大電路7輸入端與FPGA控制電路4輸出端電連接。
[0026] 所述=相伺服電機還包括一個過壓過流的保護電路，所述保護電路輸入端與定子 1的輸出端電連接。
[0027] 保護電路監控定子中的電壓電流變化并為電路提供過壓過流保護。
[002引 實施例3
[0029] 為了實現與上位機的通訊，方便人為控制，本裝置中還包括與FPGA控制電路4電連 接的用來顯示電機工作狀態的L邸顯示屏6和用于輸入控制信息的鍵盤輸入5。
[0030] 所述鍵盤輸入5為3x2鍵盤，所述L邸顯示屏6為觸摸屏。
[0031] 所述=相伺服電機還包括電源模塊，所述電源模塊輸出端與轉子2輸入端電連接。
[0032] 實施例4
[0033] 為了能夠精確調整電動機的轉速，本實用新型還設置安裝了功率放大電路7,所述 功率放大電路7采用由晶體管功率放大器8050和8550;用FPGA控制電路4控制晶體管功率放 大器使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電動機的轉速。
[0034] 采用由晶體管功率放大器8050和8550組成的H型PWM電路。FPGA控制晶體管功率放 大器使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電動機的轉速，運種電路由于工作在管 子的飽和截止模式下，效率非常高;H型電路保證了可W簡單的實現轉速和方向的控制；電 子開關速度很快，穩定性也極強，是一種廣泛應用的PWM調速技術。
[0035] 實施例5
[0036] 實施例2中提到的PWM波的產生過程如下：
[0037] PWM波的實現用FPGA產生PWM波具有頻率穩定、運算速度快等優點。
[0038] 為了使得到的頻率等步進變化，采用相位累加的方法。輸出波形的頻率可用式1算 出。
(I)
[0040]其中，fsoc為晶振頻率;k為分頻系數，取k = 200;N為相位累加器位數，取N=IO,計 數范圍即為0~l〇24;ff為相位累加器步長。我們采用的實驗箱晶振為32MHz，初始狀態ff =1，通過改變f f的值可W改變輸出波形的頻率。將k = 3，N= 10，f SOC = 32M代入式（1)可得 到頻率步進為160Hz。
[0041 ]可W看出，只要改變ff的值，就可W方便的改變頻率，使其實現160Hz的等步進調 頻。本方案中設置了 100檔調節ff，從而實現了從20轉/分到1800轉/分每檔約為20轉的等步 進調速。如果有需要，可W方便地修改設定參數，使其達到預定的要求，從而實現無級調速。
【主權項】
1. 一種基于FPGA的三相伺服電機，其包括三相伺服電機(3)，所述三相伺服電機(3)包 括用來產生旋轉磁場的定子（1)和轉子(2)兩部分組成，其特征在于:還包括用于控制三相 伺服電機(3)的轉動方向的PWM電路(8);所述PWM電路⑶輸出端與三相伺服電機⑶輸出端 電連接； 所述PWM電路(8)包括用于放大PWM電路功率的功率放大電路(7)和用于產生PWM波形并 控制功率放大電路(7)的FPGA控制電路(4); 所述功率放大電路（7)輸入端與FPGA控制電路(4)輸出端電連接;所述功率放大電路 (7)采用由晶體管功率放大器8050和8550;所述轉子(2)還包括報警電路，所述報警電路輸 出端與轉子輸入端電連接;所述三相伺服電機還包括一個過壓過流的保護電路，所述保護 電路輸入端與定子(1)的輸出端電連接。2. 根據權利要求1所述的一種基于FPGA的三相伺服電機，其特征在于:所述P麗電路(8) 還包括與FPGA控制電路(4)電連接的用來顯示電機工作狀態的LED顯示屏(6)和用于輸入控 制信息的鍵盤輸入(5); 所述FPGA控制電路(4)輸出端與LED顯示屏(6)輸入端電連接，所述鍵盤輸入(5)輸出端 與FPGA控制電路(4)輸入端電連接。3. 根據權利要求2所述的一種基于FPGA的三相伺服電機，其特征在于：所述鍵盤輸入 (5)為3x2鍵盤，所述LED顯示屏(6)為觸摸屏。4. 根據權利要求1所述的一種基于FPGA的三相伺服電機，其特征在于:所述三相伺服電 機還包括電源模塊，所述電源模塊輸出端與轉子(2)輸入端電連接。
【專利摘要】本實用新型屬于電子技術領域，本實用新型提供了一種基于FPGA的三相伺服電機，其包括三相伺服電機（3），所述三相伺服電機（3）由定子（1）和轉子（2）兩部分組成，還包括用于控制三相伺服電機（3）的轉動方向的PWM電路（8）；所述PWM電路（8）包括功率放大電路（7）和的FPGA控制電路（4），本實用新型采用由晶體管功率放大器8050和8550組成的H型PWM電路。FPGA控制晶體管功率放大器使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電動機的轉速，這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單的實現轉速和方向的控制；電子開關速度很快，穩定性也極強。
【IPC分類】H02P25/02, H02P23/00
【公開號】CN205283448
【申請號】CN201520530192
【發明人】臺明超
【申請人】開縣正品誠贏科技發展有限責任公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年7月21日