基于FPGA航空维修业专用电机驱动测试盒制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于FPGA航空维修业专用电机驱动测试盒，采用的技术方案是以FPGA片上系统作驱动控制核心，结合电压变换电路和整形放大电路，集成数字频率计测量反馈信号频率，综合外设开关、按钮和LED显示屏组成驱动测试盒。本实用新型专利技术的优点：在未知三相步进电机具体性能参数的情况下，通过分析航空部件维修手册中原有模拟电路原理图，用现代数字电子技术，结合航空部件维修手册测试流程，开发设计具有原电路同等电学特征，操作方便的专用驱动控制电盒。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA航空维修业专用电机驱动测试盒
本技术涉及航空部件维修业，依据LIBEHERR-AEROSPACETOULOUSESAS(利波哈尔图卢兹航空)公司CMM(Componentmaintenancemanual部件维修手册，章节号：21-62-04)原有模拟驱动电路，用现代数字电子技术进行等效，定制符合测试流程的专用测试电盒。技术运用属于FPGA数字化三相步进电机的驱动控制。
技术介绍
航空部件维修业，对维修工具有专门的要求，一般必须购买OEM(originalequipmentmanufacturer原厂)工具，对自制的工具要求做等效。本专利针对9069A101X-9069B10XX系列作动器的测试，需驱动并按特定要求控制776-243或776-450件号的三相步进电机动作(详情参照LIEBHERR-AEROSPACETOPULOUSESAS利波哈尔图卢兹航空公司，部件维修手册，章节号：21-62-04)。查776-243或776-450件号实物为：Thales公司11007102型号的三相步进电机，由于对电机形制未知，通过分析手册中原有的驱动电路(见图1)，采用现代数字电子技术，开发设计具有原电路同等功能，符合测试流程，且操作方便的驱动测试电盒。三相步进电机的驱动方式通常采用单片机或专用接口的驱动芯片实现，本专利采用FPGA片上系统开发，对输出绕组的脉冲频率控制实现数字化，电机形制拍数控制实现程序化，程序的移植性强，且按测试流程定制功能，操作方便，可靠性高。
技术实现思路
本技术的目的在于在不明电机形制的情况下，通过分析原驱动电路输出信号电学特征，用现代数字电子技术开发设计驱动控制器，以实现航空部件维修手册的测试要求。本技术的技术方案为：一种基于FPGA航空维修业专用电机驱动测试盒，其特征在于：该测试盒包括方框内电路芯片部分和外部设施部分，其中方框内电路芯片部分为：时钟分频器、主控制器、特定频率分频器、三相脉冲分配器、整形放大电路、反馈绕组的数字频率计、电压变换电路和晶振谐振电路；外部设施部分为：电源适配器、开关、按钮和LED显示屏；传输的信号有：脉冲信号、控制信号、直流电压信号；各模块之间的连接方式为：晶振谐振电路输出脉冲信号一路连接时钟分频器另一路连接特定频率分频器，经时钟分频器分频后的1Hz脉冲信号连接反馈绕组的数字频率计做计时时基；经时钟分频器分频后的4Hz脉冲信号连接主控制器、特定频率分频器、三相脉冲分配器和反馈绕组的数字频率计做复位信号；特定频率分频器将晶振谐振电路输出脉冲信号依据主控制器输出的控制信号做特定分频后，连接三相脉冲分配器；三相脉冲分配器将特定频率分频器输出的脉冲信号依据主控制器输出的控制信号分割成三路，经整形放大电路放大成三路28V脉冲信号后，连接需驱动的三相步进电机；其中控制信号是主控制器通过监控外设开关、按钮的实时状态，编译成分频码(encode)连接特定频率分频器和电机控制码(function)连接三相脉冲分配器；整形放大电路输出的28V三相脉冲信号，任取一路连接反馈绕组的数字频率计，用来测量三相步进电机任意一对绕组的脉冲频率，测量的数值连接外设LED显示屏显示。时钟分频器是由32768Hz晶振谐振电路，通过两块74LS393双四位二进制计数器芯片级联，分别对32768Hz晶振做213和215次分频，然后引出4Hz复位脉冲和1Hz标准秒脉冲信号。整个电路的激励电源由外接220VAC-28VDC电源适配器提供，电压变换电路将28V直流电压经惠斯通电桥整流，通过直流对直流转换模块和5V输出调压模块分别降压至15VDC和5VDC，其中5VDC驱动FPGA芯片，15VDC和28VDC共同连接整形放大电路，做脉冲信号放大使用。主控制器，特定频率分频器，三相脉冲分配器和反馈绕组的数字频率计均通过FPGA(可编程逻辑门阵列)用VHDL(高速集成电路硬件描述语言)编程实现。整形放大电路是将三相脉冲分配器输出每一路5V脉冲信号，经MOSFET场效应管和三极管做二次放大后，接IR2101半桥驱动电路将脉冲信号整形放大至28V输出，三路脉冲信号同时经整形放大后，接三相步进电机的三对绕组。反馈绕组的数字频率计是以时钟分频器输出的秒脉冲信号做计时时基，用三个模十计数器级联，得到一个三位十进制数计数器，用来记录一个时钟周期内单路绕组输出脉冲信号的脉冲个数，记录的数值通过锁存器存储，并编译成8421BCD码(二进制编码的十进制代码)，经译码器编译成显示码后在三位七段LED数码管上显示。以FPGA片上系统作驱动控制核心，结合电压变换电路和整形放大电路，集成数字频率计测量反馈信号频率，综合外设开关、按钮和LED显示屏组成驱动测试盒。该测试盒包括内部芯片电路部分和外部设施部分，其中内部芯片电路为：时钟分频器、主控制器、特定频率分频器、三相脉冲分配器、整形放大电路、反馈绕组的数字频率计、电压变换电路和晶振谐振电路；外部设施部分为：电源适配器、开关、按钮和LED显示屏。其中主控制器、特定频率分频器、三相脉冲分配器和反馈绕组的数字频率计均通过FPGA(逻辑门阵列)用VHDL(高速集成电路硬件描述语言)编程实现。整个驱动测试电盒中共有三种电信号：脉冲信号，控制信号和直流电压信号。本技术的优点在于：在未知三相步进电机具体性能参数的情况下，通过分析航空部件维修手册中原有模拟电路原理图，用现代数字电子技术，结合手册实际测试流程，开发设计具有原电路等效电学特征，操作方便的专用驱动控制电盒；在三相步进电机驱动方面，摒弃了常见的单片机开发或专用接口的驱动芯片方式，采用FPGA片上系统开发，使驱动电路的输出脉冲频率数字化，频率选择一键式；在特定频率分频器模块中，统一了50％占空比的奇数和偶数两种分频模式，通过先判断分频码的奇偶性，然后把分频码数值输入给对应分频模块做特定数值分频；在三相脉冲分配器模块中，采用移位寄存器方式，处理不同形制拍数电机各绕组的脉冲分配形式。附图说明图1为驱动电机的原模拟电路；图2为本专利的总结构示意图；图3为本专利的时钟分频器电路；图4为本专利的电压变换电路；图5为本专利的三相电机驱动模块；图6为本专利的主控制器编码真值表；图7为本专利的特定频率分频器设计流程图；图8为本专利的单相绕组整形放大电路；图9为本专利的数字频率计FPGA模块；图10为本专利的内部芯片部分FPGA模块总连接图。具体实施方式如图1所示，本实施例中要驱动的对象是上世纪老款三相步进电机，通过分析原驱动电路：使用D5K2单结晶体管(UJT)起振，经三极管、电容组成的三稳态电路做脉冲分配后，经二阶三极管级联放大输出。推断该电机形制大概为：额定电压28VDC，额定电流0.1A，形制为三相三拍，特定要求为向单相绕组输出18，30和100Hz固定频率脉冲信号。如图2所示，基于FPGA航空维修业专用电机驱动测试盒，总结构示意图各部件之间的连接关系为：晶振谐振电路8输出脉冲信号一路连接时钟分频器1另一路连接特定频率分频器3，经时钟分频器1分频后的1Hz脉冲信号连接反馈绕组的数字频率计6做计时时基；经时钟分频器1分频后的4Hz脉冲信号连接主控制器2、特定频率分频器3、三相脉冲分配器4和反馈绕组的数字频率计6做复位信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA航空维修业专用电机驱动测试盒，其特征在于：该测试盒包括方框内电路芯片部分和外部设施部分，其中方框内电路芯片部分为：时钟分频器（1）、主控制器（2）、特定频率分频器（3）、三相脉冲分配器（4）、整形放大电路（5）、反馈绕组的数字频率计（6）、电压变换电路（7）和晶振谐振电路（8）；外部设施部分为：电源适配器（9）、开关、按钮（10）和LED显示屏（11）；传输的信号有：脉冲信号、控制信号、直流电压信号；各模块之间的连接方式为：晶振谐振电路（8）输出脉冲信号一路连接时钟分频器（1）另一路连接特定频率分频器（3），经时钟分频器（1）分频后的1Hz脉冲信号连接反馈绕组的数字频率计（6）做计时时基；经时钟分频器（1）分频后的4Hz脉冲信号连接主控制器（2）、特定频率分频器（3）、三相脉冲分配器（4）和反馈绕组的数字频率计（6）做复位信号；特定频率分频器（3）将晶振谐振电路（8）输出脉冲信号依据主控制器（2）输出的控制信号做特定分频后，连接三相脉冲分配器（4）；三相脉冲分配器（4）将特定频率分频器（3）输出的脉冲信号依据主控制器（2）输出的控制信号分割成三路，经整形放大电路（5）放大成三路28V脉冲信号后，连接需驱动的三相步进电机（12）；其中控制信号是主控制器（2）通过监控外设开关、按钮（10）的实时状态，编译成分频码连接特定频率分频器（3）和电机控制码连接三相脉冲分配器（4）；整形放大电路（5）输出的28V三相脉冲信号，任取一路连接反馈绕组的数字频率计（6），用来测量三相步进电机任意一对绕组的脉冲频率，测量的数值连接外设LED显示屏（11）显示。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA航空维修业专用电机驱动测试盒，其特征在于：该测试盒包括方框内电路芯片部分和外部设施部分，其中方框内电路芯片部分为：时钟分频器（1）、主控制器（2）、特定频率分频器（3）、三相脉冲分配器（4）、整形放大电路（5）、反馈绕组的数字频率计（6）、电压变换电路（7）和晶振谐振电路（8）；外部设施部分为：电源适配器（9）、开关、按钮（10）和LED显示屏（11）；传输的信号有：脉冲信号、控制信号、直流电压信号；各模块之间的连接方式为：晶振谐振电路（8）输出脉冲信号一路连接时钟分频器（1）另一路连接特定频率分频器（3），经时钟分频器（1）分频后的1Hz脉冲信号连接反馈绕组的数字频率计（6）做计时时基；经时钟分频器（1）分频后的4Hz脉冲信号连接主控制器（2）、特定频率分频器（3）、三相脉冲分配器（4）和反馈绕组的数字频率计（6）做复位信号；特定频率分频器（3）将晶振谐振电路（8）输出脉冲信号依据主控制器（2）输出的控制信号做特定分频后，连接三相脉冲分配器（4）；三相脉冲分配器（4）将特定频率分频器（3）输出的脉冲信号依据主控制器（2）输出的控制信号分割成三路，经整形放大电路（5）放大成三路28V脉冲信号后，连接需驱动的三相步进电机（12）；其中控制信号是主控制器（2）通过监控外设开关、按钮（10）的实时状态，编译成分频码连接特定频率分频器（3）和电机控制码连接三相脉冲分配器（4）；整形放大电路（5）输出的28V三相脉冲信号，任取一路连接反馈绕组的数字频率计（6），用来测量三相步进电机任意一对绕组的脉冲频率，测量的数值连接外设LED显示屏（11）显示。2.根据权利要求1所述基于FPGA航空维修业专用电机驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵一丹，方泽宏，李贯文，
申请(专利权)人：深圳汉莎技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44