片上电机伺服控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种片上电机伺服控制系统，包括处理系统、系统接口电路和电机驱动系统，处理系统通过系统接口电路连接电机驱动电路，电机驱动系统连接电机，由处理系统产生电机控制指令，送往电机驱动系统实现对电机的驱动与控制，系统接口电路同时来实现与其它外部设备的通讯功能，并将电机驱动系统采集到的电机的状态信息输送至处理系统。本发明专利技术只需对功率ＭＯＳ管进行更换就能实现对多种电机系统的数字控制，并同时实现多路控制信号的输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电机伺服控制系统，尤其是一种基于片上可编程技术(SOPC)的电机伺服控制系统。
技术介绍
目前在工业控制领域中，有各种类型的电机伺服系统在投入使用，这些不同类型 的伺服系统采用不同的控制器。因此一旦采用另一种类型的电机伺服系统时，就需要 采用相应的控制器，这将导致系统开发周期的延长，成本的大幅提升。
技术实现思路
为了克服现有技术不能采用同一控制器的不足，本专利技术提供一种片上电机伺服控制系统，只需根据电机的实际功率选择相应的功放MOS管，就可以实现对多种类型 电机的多路并行控制。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是包括处理系统、系统接口电路和电 机驱动系统，处理系统通过系统接口电路连接电机驱动电路，电机驱动系统连接电机， 由处理系统产生电机控制指令，送往电机驱动系统实现对电机的驱动与控制，系统接 口电路同时来实现与其它外部设备的通讯功能，并将电机驱动系统采集到的电机的状 态信息输送至处理系统。处理系统采用可编程逻辑器件(FPGA)，包括嵌入式软核处理器、在片ROM、 在片RAM、通信口、定时器和输入/输出(10) 口，上述各器件均通过一条嵌入式总 线连接。通过IO 口将电机状态输入，利用嵌入式总线传输至嵌入式软核处理器，生成 电机控制指令，通过IO 口将控制指令送出，处理器的程序安装在在片ROM中，运行 程序时调用在片RAM，通信口通过系统接口电路连接显示器或其它外设，定时器用于 运行周期程序。系统接口电路包含独立的电平转换电路和串行通讯电路，电平转换电路一端连接 处理系统的IO 口，另一端连接电机驱动系统，电机状态信息以及电机控制指令需经过 电平变换后分别送往处理系统和电机驱动系统。串行通讯电路一端连接处理系统的通 信口，另一端连接外设，利用串行通讯电路实现与其它外部设备(显示器、PC机)的 通信。电机驱动系统包括运算放大器、光电隔离芯片、切换开关、若干个推挽式放大器、电位计和A/D转换芯片。首先利用运算放大器实现信号的放大与变换，接着将信号送 往光电隔离芯片。在光电隔离芯片的输出端与各个推挽式放大器驱动电路之间，加装 了切换开关，用于实现针对不同电机的驱动方式切换至不同的推挽式放大器。推挽式 放大器采用功率MOS管，功率MOS管的型号选择需根据电机系统实际运行的功率需 求为准进行选取。对于电机状态信息的获取是基于电位计测得正比于电机转动角度的 电压信号，利用A/D转换芯片将电压值转换成数字量，通过电机状态输出端连接系统 接口电路的电平转换电路，最终送往处理系统。本专利技术的有益效果是由于釆用可编程逻辑芯片(FPGA)设计了基于片上可编程 技术(SOPC)的电机伺服控制系统，本专利技术只需对功率MOS管进行更换，而不需对 其它硬件电路进行修改，就能实现对多种电机系统的数字控制，并同时实现多路控制 信号的输出。除此以外，由于采用了片上系统技术，可以实现外设器件的片内高度集 成，提高系统的可靠性，同时进一步降低了成本。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 附图说明图l是本专利技术的组成结构框图。 ' 图2是本专利技术的处理系统框图。 图3是本专利技术的系统接口电路示意图。 图4是本专利技术的电机驱动系统框图。 具体实施例方式装置实施例参照图l，包括处理系统、系统接口电路和电机驱动系统，处理系统 通过系统接口电路连接电机驱动电路，电机驱动系统连接电机，由处理系统进^1处理， 从而产生电机控制指令，送往电机驱动系统实现对电机的驱动与控制，系统接口电路同时利用系统接口电路基于RS232协议可以和其他外部系统通讯，并将电机驱动系统 采集到的电机的状态信息输送至处理系统。本专利技术所述的利用FPGA芯片构成的片上处理系统如图2所示，处理器采用了 NiosII嵌入式软核32位处理器。在FPGA芯片内部还集成了在片ROM,在片RAM， 用于串行通讯的RXD (接收)与TXD (发送)通信，IO，定时器，串行外设SPI端口， SDRAM控制器，上述各器件均通过一条嵌入式总线连接。通过IO口将电机状态 输入，利用嵌入式总线传输至嵌入式软核处理器，生成电机控制指令，通过IO口将控 制指令送出，处理器的程序安装在在片ROM中，运行程序时调用在片RAM，通信口 通过系统接口电路连接显示器或其它外设，定时器用于运行周期程序。本专利技术所述的系统接口电路包括串行通讯电路以及电平转换电路，如图3所示， 电平转换电路一端连接处理系统的IO 口，另一端连接电机驱动系统，其中电机状态信 息以及电机控制指令需经过电平变换后分别送往处理系统和电机驱动系统。在系统运 行中，当电机给出的状态信息电压电平高于3.3V时，74LCX16245起到电平转换的 功能。串行通讯电路一端连接处理系统的通信口，另一端连接外设，利用串行通讯电 路实现与其它外部设备(显示器、PC机)的通信，与控制终端通信是利用串行RS232 协议，具体实现采用MAX232芯片。电机驱动系统包括运算放大器、光电隔离芯片、切换开关、若干个推挽式放大器、 电位计和A/D转换芯片，如图4所示，利用运算放大器OP07对来自处理系统的驱动 信号(驱动直流电机的PWM信号、磁滞同步电机的驱动信号等)进行电压转换与放 大，当完成放大后，将信号送往光电耦合芯片TLP250从而实现信号的隔离。通过此 芯片以减少驱动电路对处理系统电路的干扰(另外驱动电路引入的大电流或大电压会 回到处理系统，对原器件造成损坏)。由于不同类型电机驱动的输出方式有区别，在光 电耦合芯片的输出端以及驱动级之间，加装了切换开关，当用于直流电机驱动以及磁 滞同步电机驱动时从输入的信号进入功率MOS管,中，驱动H桥电路的通断，输出电 机驱动信号，当用于步进电机控制时，则输出计数脉冲信号。特别值得注意的是由于 不同类型的电机功率差异较大，因此根据实际功率需选用不同的功率管以实现驱动电 流的输出。对于电机转动位置信息的获取采用电位计将角度信息变为电压信息，并通 过ADC0820芯片实现实现A/D转换，并送往处理系统。功率MOS管的型号选择需根 据电机系统实际运行的功率需求为准进行选取。对于电机状态信息的获取是基于电位 计测得正比于电机转动角度的电压信号，利用A/D转换芯片将电压值转换成数字量， 最终送往处理系统。权利要求1.片上电机伺服控制系统，包括处理系统、系统接口电路和电机驱动系统，其特征在于处理系统通过系统接口电路连接电机驱动电路，电机驱动系统连接电机，由处理系统产生电机控制指令，送往电机驱动系统实现对电机的驱动与控制，系统接口电路同时来实现与其它外部设备的通讯功能，并将电机驱动系统采集到的电机的状态信息输送至处理系统。2、 根据权利要求1所述的片上电机伺服控制系统，其特征在于所述的处理 系统采用可编程逻辑器件，包括嵌入式软核处理器、在片ROM、在片RAM、 通信口、定时器和输入/输出口，上述各器件均通过一条嵌入式总线连接；通过 IO 口将电机状态输入，利用嵌入式总线传输至嵌入式软核处理器，生成电机控 制指令，通过IO口将控制指令送出，处理器的程序安装在在片ROM中，运行 程序时调用在片RAM，通信口通过系统接口电路连接显示器或其它外设，定 时器用于运行周期程序。3、 根据权利要求1所述的片上电机伺服控制系统，其特征在于所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
片上电机伺服控制系统，包括处理系统、系统接口电路和电机驱动系统，其特征在于：处理系统通过系统接口电路连接电机驱动电路，电机驱动系统连接电机，由处理系统产生电机控制指令，送往电机驱动系统实现对电机的驱动与控制，系统接口电路同时来实现与其它外部设备的通讯功能，并将电机驱动系统采集到的电机的状态信息输送至处理系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于晓洲，周军，周凤歧，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]