一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块、寄存器组模块和故障计数模块，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块、2组位置环运算模块、2组电流环运算模块、2组PWM产生模块、2组相位控制模块、输出控制模块、运算控制模块、HALL同步模块、紧急制动模块，其中一组位置环运算模块、电流环运算模块、PWM产生模块、相位控制模块依次连接，另一组位置环运算模块、电流环运算模块、PWM产生模块、相位控制模块和HALL同步模块依次连接。本发明专利技术采用反熔丝型FPGA，能够满足宇航领域，功能全、可靠高、容量小、成本低的要求。

A dual channel electric servo control system based on anti fuse FPGA

The invention discloses a dual channel electric servo control system based on anti fuse type FPGA, using the anti fuse type FPGA, including the internal direct connecting control unit module and the execution unit module. The control unit module includes the CPU interface module, the register group module and the fault counting module, and the execution unit module includes the A/D mining. Sample control module, 2 group of position loop operation module, 2 group of current loop operation module, 2 PWM generation module, 2 phase control module, output control module, operation control module, HALL synchronization module, emergency brake module, one group of position loop operation module, current loop operation module, PWM production module, phase control module. Another group of location loop operation modules, the current loop operation module, the PWM generation module, the phase control module and the HALL synchronization module are connected sequentially. The invention adopts the anti fuse type FPGA, which can meet the requirements of the aerospace field, with complete functions, high reliability, small capacity and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统
本专利技术涉及一种电动伺服控制系统，具体是一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统。
技术介绍
双通道电动伺服控制，应用于航天领域，可以应用于发动机摆角控制，从而实现航天器的轨道调整。实现方案需要满足高可靠，高性能，高稳定性的要求。现有技术中一般以DSP+CPLD/FPGA为控制核心，不足之处在于，不能使用长期在空间辐射环境，软件实现的算法闭环周期分辨率不高。已有技术方案中也有如本专利技术类似的单独FPGA实现控制，不足之处在于，一般使用了IP核，或仅在SRAM型FPGA中实现，不能满足宇航空间辐射环境，可靠性降低，资源率较大，优化设计不足，无法在资源较小的反熔丝型FPGA中完整实现。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，在单颗反熔丝FPGA芯片内部实现了完整的双通道电动伺服控制的功能，功能完整，系统性能达标。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块、寄存器组模块和故障计数模块，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块、2组位置环运算模块、2组电流环运算模块、2组PWM产生模块、2组相位控制模块、输出控制模块、运算控制模块、HALL同步模块、紧急制动模块，其中一组位置环运算模块、电流环运算模块、PWM产生模块、相位控制模块依次连接，另一组位置环运算模块、电流环运算模块、PWM产生模块、相位控制模块和HALL同步模块依次连接，所述运算控制模块分别与所述2组位置环运算模块、2组电流环运算模块、2组PWM产生模块、A/D采样控制模块相连，用于实现所述模块的流程控制；所述输出控制模块输出至2组相位控制模块，用于内部控制。优选地，所述反熔丝型FPGA采用ACTEL公司A54SX72CQ208B芯片。本专利技术具有以下有益效果：采用反熔丝型FPGA，更适应高可靠空间环境应用，经过系统优化设计，功能优化设计，能够在A54SX72ACQ208B中实现，且资源率小于80％；单片机功耗小于0.25W，功率低，硬件实现的位置环、电流环，可靠度高，闭环稳定度高，闭环周期时间分辨率高us级，外围电路能够大大减少，电路简单，可以降低故障概率。附图说明图1为本专利技术实施例基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例中内部状态机示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块3、寄存器组模块4和故障计数模块10，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块18、位置环运算模块5、11、电流环运算模块6、12、PWM产生模块7、13、相位控制模块8、14、输出控制模块16、运算控制模块17、HALL同步模块15、紧急制动模块9，所述位置环运算模块5、电流环运算模块6、PWM产生模块7、相位控制模块8依次连接，所述位置环运算模块11、电流环运算模块12、PWM产生模块13、相位控制模块14和HALL同步模块15依次连接，所述运算控制模块17分别与所述位置环运算模块5、11、电流环运算模块6、12、PWM产生模块7、13、A/D采样控制模块18相连，用于实现所述模块的流程控制；所述输出控制模块16输出至相位控制模块8、14，用于内部控制。所述反熔丝型FPGA采用ACTEL公司A54SX72CQ208B芯片。本专利技术具体实施的内部状态机如图2所示，复位后状态机处于1空闲态，当电压或电流采样请求有效时转至2采样态：进行位置和电流的采集，若出现超时或计算禁止等将返回1空闲态。采样正常完成且计算允许有效时转至3A机构控制运算包含位置环运算和电流环运算，若计算禁止则返回至1空闲态。计算结果正常即计算应答信号有效时转至4B机构计算包含位置环运算和电流环运算，若计算应答有效或计算禁止有效则转至1空闲态。状态机定时进行循环例如ms级，从而实现双通道电动伺服的控制算法输出，再经过其他功能模块的转换，实现主要核心控制功能。本专利技术中除如图1的功能划分，核心工作逻辑采用了图2循环状态机实现，系统架构得到了优化，功能正确，工作稳定，且优化了资源使用率。本专利技术具体实施的状态机转移条件说明如表1所示。表1采取措施后状态转移触发条件本专利技术具体实施在单颗反熔丝型FPGA内部具备完整的功能，且各项功能均采用HDL语言实现，通过系统架构优化和局部功能优化仅需要较少的资源，同时具备较高的稳定性、动态特性、可靠性、较低的功耗特性单芯片功耗小于0.25W、较低的电路故障率。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，其特征在于，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块(3)、寄存器组模块(4)和故障计数模块(10)，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块(18)、位置环运算模块(5、11)、电流环运算模块(6、12)、PWM产生模块(7、13)、相位控制模块(8、14)、输出控制模块(16)、运算控制模块(17)、HALL同步模块(15)、紧急制动模块(9)，所述位置环运算模块(5)、电流环运算模块(6)、PWM产生模块(7)、相位控制模块(8)依次连接，所述位置环运算模块(11)、电流环运算模块(12)、PWM产生模块(13)、相位控制模块(14)和HALL同步模块(15)依次连接，所述运算控制模块(17)分别与所述位置环运算模块(5、11)、电流环运算模块(6、12)、PWM产生模块(7、13)、A/D采样控制模块(18)相连，用于实现所述模块的流程控制；所述输出控制模块(16)输出至相位控制模块(8、14)，用于内部控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于反熔丝型FPGA的双通道电动伺服控制系统，其特征在于，采用反熔丝型FPGA，包括内部直连的控制单元模块和执行单元模块，所述控制单元模块包括CPU接口模块(3)、寄存器组模块(4)和故障计数模块(10)，所述执行单元模块包括A/D采样控制模块(18)、位置环运算模块(5、11)、电流环运算模块(6、12)、PWM产生模块(7、13)、相位控制模块(8、14)、输出控制模块(16)、运算控制模块(17)、HALL同步模块(15)、紧急制动模块(9)，所述位置环运算模块(5)、电流环运算模块(6)、PWM产生模块(7)、相位控制模块(...

【专利技术属性】
技术研发人员：章猛，张伟，刘关壮，凌幸华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十二研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31