基於單個fpga晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統的製作方法
2023-05-30 22:39:36
專利名稱：基於單個fpga晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於單個FPGA晶片的多個稀土永磁同步電機驅動系統。
背景技術：
多軸聯動系統在電動汽車、自動化生產線、自動化設備等工程中大量應用。常見的構成模式有 機械傳動模式主動力驅動電機的動力由機械機構進行速度、力矩變換，將動力傳到各驅動軸，實現差速與力矩變換完成動力的分配。缺點是結構複雜，功能單一，功能擴充難，速差與力矩變換範圍小，價格與結構的複雜程度隨系統精度的提高成指數比例上升。
常規電控模式常規多軸聯動電控系統是由中控機通過通信數據線與各獨立的電機驅動器相連。各電機驅動器在中控機的統一協調控制下實現多軸聯動運行。因為中控機與各驅動器間傳送實時數據需要時間，所以會使其系統的響應滯後、實時性下降。另外中控與各驅動器是完全獨立的設備，這會使系統運行的同步性能變差。驅動器工作在複雜電氣環境下，系統傳送實時數據的可靠性也會下降等缺陷。
發明內容
本發明的目的是為多電機協同工作場合提供一種簡單、高效、穩定可靠的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統， 為了克服現有技術實現多軸聯動系統的不足，本發明提供了一種基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統的解決方案，該方案是由單個FPGA晶片、供電部分、各P麗驅動輸出部分、各數據採集部分、通信接口部分、輸入輸出控制及顯示部分構成。
所述的單個FPGA晶片上，集成了一個主控單元和多個稀土永磁同步電機驅動控制單元。 所述的數據採集部分是由id/td電流變化率採集電路、供電隔離測量電路、三相電流測量電路、位置傳感器組成。 所述的輸入輸出控制及顯示部分、通信接口與晶片內的主控單元直接相連。
所述的供電部分、P麗驅動輸出、數據採集部分與相對應的晶片內部電機驅動控制單元相連接，構成稀土永磁同步電機驅動系統。 所述的單個FPGA晶片中各電機驅動控制單元並行運行，相互獨立。 所述的主控單元統一協調各並行運行的電機驅動控制單元實現數據共享和共享
數據無縫連接。 所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵在於所述的數據共享包含實時採集數據、實時控制數據、運行模型數據。 所述的數據無縫連接的共享數據，同時被FPGA晶片內各並行運行的電機驅動控制單元自主選擇使用。 所述的系統集成了多種運行模式
(1)各稀土永磁同步電機驅動系統可實現同頻、同相運行模式； (2)各稀土永磁同步電機驅動系統根據電機運行特性和系統需要，可實現頻差、相
差、幅差的補償運行模式； (3)各稀土永磁同步電機驅動系統根據系統需要，可實現驅動轉矩自由分配運行模式。 所述的系統控制模型包括 (1)當受控電機輸出轉矩小於系統設定轉矩時，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。
本發明與傳統機械傳動模式和常規電控系統相比較具有控制方法靈活、結構簡單、實時性強、響應快速、抗幹擾能力好、升級方便等特點。
圖1為本發明的結構原理示意框圖。
具體實施例方式圖1為本發明的兩個稀土永磁同步電機驅動系統實施例結構示意框圖。
下面結合附圖對發明內容作進一步說明 參照圖1所示，基於單個FPGA晶片的兩個稀土永磁同步電機驅動系統是在單個FPGA晶片上集成了一個主控單元(1)和兩個稀土永磁同步電機驅動控制單元(2)。
系統硬體由單個FPGA晶片、供電部分(4)、兩個P麗驅動輸出部分(6)、兩個數據採集部分、通信接口部分(10)、輸入輸出控制及顯示部分(9)等構成。 數據採集部分是由id/td電流變化率採集電路(5)、供電隔離測量電路(3)、三相電流測量電路(7)、位置傳感器(8)等組成。 其中輸入輸出控制及顯示部分(9)、通信接口 (10)與晶片內的主控單元(1)相連接；P麗驅動輸出(6)、數據採集部分與相對應的晶片內部電機驅動控制單元(2)相連接。
各部分功能為 a) FPGA晶片運行指令接收，運行狀態信息輸出，系統運行核心控制；
b)輸入輸出控制及顯示部分(9):操控輸入，顯示系統運行信息；
c) id/td測量電路(5):採集供電迴路電流變化信息；
d)供電隔離測量電路(3):採集供電迴路電壓信息； e) P麗驅動及輸出電路(6):在FPGA電機驅動控制單元控制下驅動電機；
f)三相電流採集電路(7):採集受控電機工作電流實時信息；
g)位置傳感器(8):採集受控電機位置狀態信息。 系統運行過程中，FPGA晶片實時接收運行指令部件的運行命令，並根據各電機實時狀態，發出相應驅動信號給兩路P麗驅動及輸出電路(6)，控制受控電機運行。同時，採集兩個獨立的電機驅動迴路的運行信息反饋至FPGA晶片，實現在FPGA晶片控制下的兩個獨立電機相關聯的閉環運行。 單個FPGA晶片集成了主控單元(1)和兩個電機驅動控制單元(2)。系統運行過程
中主控單元(1)接收運行控制指令，電機驅動控制單元(2)接收所有實時採集數據、實時控
制數據、運行模型數據，並在主控單元(1)統一協調下兩個並行運行的電機驅動控制單元
(2)晶片內數據共享，各單元可以同步獲得共享數據，實現共享數據無縫連接。 在系統運行過程中兩個電機驅動控制單元(2)在主控單元(1)統一協調下，產生
驅動信號送至對應的P麗驅動輸出電路(6)，P麗驅動輸出電路(6)產生三相交流輸出驅動
受控電機。 實施例的單個FPGA晶片的兩個稀土永磁同步電機驅動系統集成了以下控制模式 (1)各稀土永磁同步電機驅動系統可實現同頻、同相運行模式。
(2)各稀土永磁同步電機驅動系統根據電機運行特性和系統需要，可實現頻差、相
差、幅差的補償運行模式。 (3)各稀土永磁同步電機驅動系統根據系統需要，可實現驅動轉矩自由分配運行模式。 實施例的單個FPGA晶片的兩個稀土永磁同步電機驅動系統，具有以下控制模型
(1)當受控電機輸出轉矩小於系統設定轉矩時，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。
圖1是本發明以單個FPGA晶片控制兩個稀土永磁電機為模型的實施例，具體應用不局限於控制兩個稀土永磁電機。
權利要求
一種基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵在於系統由單個FPGA晶片、供電部分(4)、各PWM驅動輸出部分(6)、各數據採集部分、通信接口部分(10)、輸入輸出控制及顯示部分(9)構成，且系統集成了多種運行模式與控制模型。
2. 根據權利要求1所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵 在於所述的單個FPGA晶片上，集成了一個主控單元(1)和多個稀土永磁同步電機驅動控制 單元(2)。
3. 根據權利要求1所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵 在於所述的數據採集部分是由id/td電流變化率採集電路(5)、供電隔離測量電路(3)、三 相電流測量電路(7)、位置傳感器(8)組成。
4. 根據權利要求1所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵 在於所述的輸入輸出控制及顯示電路(9)、通信接口 (10)與晶片內的主控單元(1)直接相 連。
5. 根據權利要求1所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵 在於所述的供電部分(4)、P麗驅動輸出(6)、數據採集部分與相對應的晶片內部電機驅動 控制單元(2)相連接，構成稀土永磁同步電機驅動系統。
6. 根據權利要求1所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵 在於所述的單個FPGA晶片中各電機驅動控制單元(2)並行運行，相互獨立。
7. 根據權利要求1所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵 在於所述的主控單元(1)統一協調各並行運行的電機驅動控制單元(2)實現數據共享和共 享數據無縫連接。
8. 根據權利要求7所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵 在於所述的數據共享包含實時採集數據、實時控制數據、運行模型數據，以上所述數據可以 同時被FPGA晶片內各並行運行的電機驅動控制單元(2)自主選擇使用，實現數據的無縫連 接。
9. 根據權利要求1所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特徵 在於系統集成了以下多種運行模式(1) 各稀土永磁同步電機驅動系統可實現同頻、同相運行模式；(2) 各稀土永磁同步電機驅動系統根據電機運行特性和系統需要，可實現頻差、相差、 幅差的補償運行模式；(3) 各稀土永磁同步電機驅動系統根據系統需要，可實現驅動轉矩自由分配運行模式。
10. 根據權利要求1所述的基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統，其特 徵在於系統控制模型包括(1) 當受控電機輸出轉矩小於系統設定轉矩時，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。
全文摘要
本發明公開了一種基於單個FPGA晶片的多稀土永磁同步電機驅動系統。採用同一控制核心FPGA晶片，集成了一個主控單元和多個電機驅動控制單元，同時實現多臺稀土永磁同步電機的關聯驅動，各個單元在晶片內實現數據共享和共享數據無縫連接，各被控稀土永磁同步電機可選擇多種運行模式，系統還集成了多種控制模型。整個系統具有結構簡單、實時性強、響應快速、抗幹擾能力好、升級方便等特點。該發明在電動汽車，輪船，工業自動化，國防等多行業均有廣闊的應用空間。
文檔編號H02P6/00GK101741295SQ200910254648
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者馮超, 焦耀峰, 袁海玉 申請人:陝西捷普控制技術有限公司