一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置，包括依次连接的信号预处理电路，过零检测，锁相倍频，ADS8364采样转换，FPGA芯片，LCD电能质量参数显示；本实用新型专利技术结构简单，功能齐全，能够依靠FPGA芯片，结合信号处理和显示电路，能够最大限度地提高永磁伺服电机电能质量监测分析装置的通用性、安全性和可靠性。

An electric energy quality monitoring and analysis device for permanent magnet servo motor based on FPGA

The utility model discloses a FPGA permanent magnet servo motor power quality monitoring device based on the analysis, includes the signal preprocessing circuit, zero crossing detection, PLL, ADS8364 conversion, FPGA chip, LCD power quality parameter display; the utility model has the advantages of simple structure, complete function, can rely on the FPGA chip and with the signal processing and display circuit, can maximize the permanent magnet servo motor power quality monitoring device versatility, safety and reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置
本技术属于一种电子装置，特别是涉及一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置。
技术介绍
电能质量分析仪器按照功能、特点和类型一般可以分为以下几种类型：手持式或携带式谐波分析仪：主要的功能是测试分析电压、电流的基波有效值、测量谐波含量、有功无功等。结构比较简单，小巧重量轻，携带方便。目前瑞士LEM的AN2060钳形谐波分析仪、美国的Fluke公司开发的一系列检测电能质量和进行故障分析检测的仪器。我国的有上海宝钢安大电能质量有限公司生产的PQ102电力谐波分析仪、安徽振兴科技有限公司的PS-3H手持式谐波分析仪等。台式电能质量分析仪：这类仪表一般可以分析和记录电能质量的全部指标，可以采用窗口可变的FFT、小波等数据处理算法，具有良好的软件开发平台和二次开发能力。一般具有多个输入通道，测量的动态范围大，数据处理能力强，功能丰富。主要用于现场电能普查、非线性电力设备调试等。国外的这类产品有：瑞士LEM的TOPAS1000型电能质量网络分析仪等。我国的主要是上海宝钢的PQ116便携式电能质量分析仪等。电能质量远程监控系统：这类仪表可以监测公共供电点的电压偏差、三相不平衡、电压谐波、频率偏差以及电力用户注入到电网的谐波电流等，可以实时检测电能质量的状态，实现了计算机通讯联网，为供用电双方提供电能故障分析的科学依据。比如：瑞士LEM的PQFIX电能质量远程检测仪表。我国则有安徽振兴科技的PS电能质量监视记录仪、上海宝钢的PQ106-3型电能质量远程监视仪等。综上所述，国外对电能质量的研究较早，目前已有成熟的产品，可以提供多种应用需求的选择，具有比较灵活的功能。但是价格比较昂贵、推广使用比较困难。相比较国外的电能质量分析仪器，国内的电能质量监测装置总体上比较落后。许多设备在电能质量检测方面的功能还比较单一，不具备与综合分析和处理信息的能力，可扩展性差，相对比较落后。
技术实现思路
本技术旨在克服现有的电机电能监测分析装置功能单一，价格高，可扩展性差等问题，提供一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置。为了达到上述目的，本技术提供一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置，技术方案如下：一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置，包括依次连接的信号预处理电路，过零检测，锁相倍频，ADS8364采样转换，FPGA芯片，LCD电能质量参数显示；FPGA芯片包括Verilog有限状态机控制模块FSM，6个16x128输入双口RAM缓存，并行6通道FFTIP核128点FFT运算，12个16x128输入双口RAM缓存，数值计算和Verilog频率检测模块；Verilog频率检测模块连接2个数码管频率显示；信号预处理电路包括互感器变换，滤波和电平变换；其中信号预处理电路，过零检测，锁相倍频，ADS8364采样转换，LCD电能质量参数显示和2个数码管频率显示属于外围硬件电路。ADS8364采样转换的模拟交流输入电压范围为0～5V。互感器变换包括电流互感器和电压互感器。电流互感器星格电子科技有限公司的SCT254AK。电压互感器星格电子科技有限公司的SPT204A。滤波选用Maxim公司的集成开关电容滤波芯片MAX7410。FPGA芯片3选用Xilinx公司Spartan-3E系列的XC3S1200E型号的FPGA芯片。该装置采用FPGA芯片作为主芯片，控制整个装置运行，首先信号预处理模块，通过互感器交换将高电压大电流信号转换成小电压弱电流信号，然后进行数字抗混叠滤波(抗混叠滤波)，滤除对后续进行的快速傅里叶变换产生干扰的高次谐波。最后通过运算放大器叠加一个直流电压，将数字滤波后的交流小信号电平提升到0～5V。将信号预处理电路滤波后的三相电压信号通过运算放大器进行叠加，输出给过零检测电路，其输出与电网频率一致的方波脉冲信号。ADS8364对信号预处理电路输出的模拟交流电压信号进行同时采样和转换，输出16位宽的数字信号。FPGA芯片6通道的转换结果分别缓冲在6个16位的输出寄存器中，等待读取脉冲的到来。并行6通道FFTIP核对缓冲在6个输入双口RAM中的AD转换结果，进行128点快速傅里叶变换，变换完成后，将复数频率域内对应各次谐波的复数结果，缓存在12个输出双口RAM中，其中的6个输出双口RAM用来缓存6通道数据的实部转换结果，另外6个输出双口RAM用来缓存6通道数据的虚部转换结果；计算结果通过LCD实时地显示。与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下技术效果：本技术的一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置结构简单，功能齐全，能够依靠FPGA芯片，结合信号处理和显示电路，能够最大限度地提高永磁伺服电机电能质量监测分析装置的通用性、安全性和可靠性。附图说明图1是本技术一种永磁伺服电机无传感器控制装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术一种永磁伺服电机控制算法检测装置作进一步的详细说明。如图1所示，一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置，包括依次连接的信号预处理电路1，过零检测5，锁相倍频6，ADS8364采样转换2，FPGA芯片3，LCD电能质量参数显示4；FPGA芯片3包括Verilog有限状态机控制模块FSM，6个16x128输入双口RAM缓存，并行6通道FFTIP核128点FFT运算，12个16x128输入双口RAM缓存，数值计算和Verilog频率检测模块；Verilog频率检测模块连接2个数码管频率显示7；信号预处理电路1包括互感器变换11，滤波12和电平变换13；互感器变换11包括电流互感器和电压互感器。电流互感器星格电子科技有限公司的SCT254AK，电压互感器星格电子科技有限公司的SPT204A。SPT204A是一款毫安级别的精密电流型电压互感器，SCT254AK是一款精密的电流互感器，二者均采用精密小巧的PCB板焊接式安装，由耐冲击的高隔离度的全树脂密封而成。其中信号预处理电路1，过零检测5，锁相倍频6，ADS8364采样转换2，LCD电能质量参数显示4和2个数码管频率显示7属于外围硬件电路。ADS8364采样转换2的模拟交流输入电压范围为0～5V；ADS8364采样转换2，ADS8364具有6个可以同时采样与保持的输入通道，6个独立的16位逐次逼近型AD转换器，一个高速并行输出接口。六个通道A0、A1、B0、B1、C0、C1被分为三个通道对A、B、C，每对通道的开始采样控制信号线分别HOLDAn、HOLDBn和HOLDCn，将这三根控制信号线连在一起形成HOLDXn，可同时控制6个通道的采样与转换。滤波选用Maxim公司的集成开关电容滤波芯片MAX7410。FPGA芯片3选用Xilinx公司Spartan-3E系列的XC3S1200E型号的FPGA芯片。该芯片拥有1200K个系统门，等效为19512个逻辑单元、2168个CLB、8672个Slice，除此之外，该芯片还含有136Kbits的分布式RAM、504Kbits的块RAM、28个内嵌的乘法器硬核、8个时钟管理器和304个引脚。以上实施例仅为说明本技术的技术思想，不能以此限定本技术的保护范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置，其特征在于，包括依次连接的信号预处理电路，过零检测，锁相倍频，ADS8364采样转换，FPGA芯片，LCD电能质量参数显示；所述FPGA芯片包括Verilog有限状态机控制模块FSM，6个16x128输入双口RAM缓存，并行6通道FFT IP核128点FFT运算，12个16x128输入双口RAM缓存，数值计算和Verilog频率检测模块；Verilog频率检测模块连接2个数码管频率显示；所述信号预处理电路包括互感器变换，滤波和电平变换；其中信号预处理电路，过零检测，锁相倍频，ADS8364采样转换，LCD电能质量参数显示和2个数码管频率显示属于外围硬件电路。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置，其特征在于，包括依次连接的信号预处理电路，过零检测，锁相倍频，ADS8364采样转换，FPGA芯片，LCD电能质量参数显示；所述FPGA芯片包括Verilog有限状态机控制模块FSM，6个16x128输入双口RAM缓存，并行6通道FFTIP核128点FFT运算，12个16x128输入双口RAM缓存，数值计算和Verilog频率检测模块；Verilog频率检测模块连接2个数码管频率显示；所述信号预处理电路包括互感器变换，滤波和电平变换；其中信号预处理电路，过零检测，锁相倍频，ADS8364采样转换，LCD电能质量参数显示和2个数码管频率显示属于外围硬件电路。2.如权利要求1所述一种基于FPGA的永磁伺服电机电能质量监测分析装置，其特征在于：所述ADS8364采样转换的模拟交流输入电压范...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘安远，张今朝，史纯自，文泉华，
申请(专利权)人：浙江德欧电气技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33