一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统及其控制方法，包括DSP处理器、FPGA处理器、信号采集装置和驱动板；DSP处理器和FPGA处理器之间双向并行通讯连接，FPGA处理器的输出端通过数据总线与驱动板连接，驱动板与电机的控制端连接，FPGA的输入端与信号采集装置并行通讯连接；FPGA处理器用于对DSP处理器内算法计算环节进行时序监控得到外部延时，用于计算出FPGA处理器的内部延时，用于根据所述内部延时、外部延时和转速信息对所述电压矢量进行旋转生成输出矢量。解决了DSP与FPGA的双核伺服控制器输出的控制信号相对于电机实时位置的延时问题，改善控制系统的实时性，实现高性能的伺服电机控制通讯功能。现高性能的伺服电机控制通讯功能。现高性能的伺服电机控制通讯功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，特别是一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑门阵列(FPGA)等逐步应用到电机控制领域，极大地促进了电机控制技术的发展。伺服电机在目前自动化控制系统中有着非常重要的应用。其中交流伺服系统因其精确的控制精度以及高速的动态响应已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向。
[0003]目前交流伺服系统控制芯片主要通过DSP或FPGA实现，随着实时性要求的提高，控制算法更趋向于选择FPGA来实现，当算法复杂度提高时，趋向于选择DSP来实现。目前的驱动器已经有采用DSP+FPGA双核的硬件控制架构，FPGA负责数据采集以及通讯功能，DSP负责控制算法的实现。由于控制信号生成与数据采集由DSP与FPGA分别实现，其数据通讯以及算法实现所产生的时间延时使得输出的SVPWM控制信号在时序上明显落后于理论上所需要的SVPWM控制信号，影响了控制系统的精度以及实时性。

技术实现思路

[0004]针对上述缺陷，本专利技术的目的在于提出一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统及其控制方法，解决了DSP与FPGA的双核伺服控制器输出的控制信号相对于电机实时位置的延时问题，改善控制系统的实时性，实现高性能的伺服电机控制通讯功能。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统，包括DSP处理器、FPGA处理器、信号采集装置和驱动板；
[0006]所述DSP处理器和所述FPGA处理器之间双向并行通讯连接，所述FPGA处理器的输出端通过数据总线与驱动板连接，所述驱动板与电机的控制端连接，所述FPGA的输入端与信号采集装置并行通讯连接；
[0007]所述信号采集装置用于采集电机运行时的位置信息与转速信息并发送至所述FPGA处理器；
[0008]所述DSP处理器用于接收来自于所述FPGA处理器的位置信息与转速信息，并通过算法计算出所述位置信息对应的电压矢量；
[0009]所述FPGA处理器用于接收来自于所述DSP处理器生成的电压矢量，用于对DSP处理数据的延时进行监控，得到外部延时，用于计算出FPGA处理器的内部延时，用于根据所述内部延时、外部延时和转速信息对所述电压矢量进行旋转生成输出矢量，和用于通过SVPWM控制信号转换单元将所述输出矢量转换生成SVPWM控制信号；
[0010]所述驱动板用于接收来自于FPGA处理器的SVPWM控制信号，所述驱动板根据所述SVPWM控制信号驱动伺服电机。
[0011]优选的，所述SVPWM控制信号转换单元包括扇区判断模块、时间计算模块、矢量分
配模块、三角波生成模块、SVPWM信号输出模块和死区调节模块；
[0012]所述输出矢量通过所述扇区判断模块、时间计算模块、矢量分配模块、三角波生成模块、SVPWM信号输出模块和死区调节模块转换成SVPWM控制信号。
[0013]优选的，所述信号采集装置依次通过编码器、RS485芯片和隔离加转换芯片与所述FPGA处理器通讯连接。
[0014]优选的，所述FPGA处理器还包括解码模块、双口RAM模块和延时补偿模块；
[0015]所述编码器通过所述解码模块与所述FPGA处理器进行通讯；
[0016]所述解码模块用于对编码后的所述位置信息与转速信息解码，然后将解码后的所述位置信息与转速信息写入所述双口RAM模块；
[0017]所述DSP处理器通过所述双口RAM模块与所述FPGA处理器进行双向通讯；
[0018]所述延时补偿模块用于通过计算所述DSP处理器获得转速信息的时间点与获得电压矢量的时间点的时间差得到所述外部延时，用于通过统计所述扇区判断模块、时间计算模块、矢量分配模块、三角波生成模块、SVPWM信号输出模块和死区调节模块的延时计算出FPGA处理器的内部延时，和用于根据所述内部延时、外部延时和转速信息对所述电压矢量进行旋转生成输出矢量。
[0019]优选的，所述SVPWM控制信号转换单元采用串行计算的策略。
[0020]优选的，所述DSP处理器与所述FPGA处理器的双口RAM模块采用8位地址线和16位数据线的并口通讯协议进行通讯连接。
[0021]优选的，还包括电压电流采集装置，所述电压电流采集装置包括电压传感器、电流传感器和AD转换芯片，所述电压传感器和电流传感器通过所述AD转换芯片与所述FPGA处理器通讯连接。
[0022]优选的，还包括外置通讯设备和JTAG接口，所述外置通讯设备通过CAN芯片和/或RS232芯片与所述DSP处理器通讯连接，所述JTAG接口与所述FPGA处理器通讯连接。
[0023]优选的，所述DSP处理器具体用于通过磁场定向控制计算出所述位置信息对应的电压矢量并将电压矢量进行解耦。
[0024]一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制方法，包括以下步骤：
[0025]步骤一：采集电机运行时的位置信息与转速信息并发送至FPGA处理器；
[0026]步骤二：DSP处理器接收来自于所述FPGA处理器的位置信息与转速信息，并通过算法计算出所述位置信息对应的电压矢量；
[0027]步骤三：所述FPGA处理器通过计算所述DSP处理器获得转速信息的时间点与获得电压矢量的时间点的时间差得到所述外部延时；
[0028]步骤四：所述FPGA处理器计算自身的内部延时；
[0029]步骤五：所述FPGA处理器根据步骤二的转速信息、步骤三的外部延时和步骤四的内部延时计算生成旋转量，然后通过所述旋转量对所述电压矢量进行旋转补偿，生成输出矢量；
[0030]步骤六：所述FPGA处理器将所述输出矢量转换生成SVPWM控制信号；
[0031]步骤七：所述FPGA处理器将所述SVPWM控制信号输送到驱动板，所述驱动板根据所述SVPWM控制信号驱动电机。
[0032]本专利技术的有益效果：所述基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统，解决了DSP与
FPGA的双核伺服控制器输出的控制信号相对于电机实时位置的延时问题，改善控制系统的实时性，实现高性能的伺服电机控制通讯功能。
[0033]所述基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统采取了DSP+FPGA双核的策略，所述FPGA处理器擅长完成时序逻辑，所述DSP处理器擅长完成复杂的运算。所述基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统将大量时序逻辑的功能通过所述FPGA处理器实现，相比传统的DSP单核控制器能明显缩短开发周期，同时又避免了DSP处理器在处理采集数据时需对主程序频繁中断而难以保证控制的实时性和准确性的问题。同时相比于FPGA单核控制器，所述DSP处理器可以实现复杂的算法，可以达到较高的控制精度，而所述FPGA处理器实现复杂计算需消耗大量的逻辑资源，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统，包括DSP处理器、FPGA处理器、信号采集装置和驱动板；其特征在于：所述DSP处理器和所述FPGA处理器之间双向并行通讯连接，所述FPGA处理器的输出端通过数据总线与驱动板连接，所述驱动板与电机的控制端连接，所述FPGA的输入端与信号采集装置并行通讯连接；所述信号采集装置用于采集电机运行时的位置信息与转速信息并发送至所述FPGA处理器；所述DSP处理器用于接收来自于所述FPGA处理器的位置信息与转速信息，并通过算法计算出所述位置信息对应的电压矢量；所述FPGA处理器用于接收来自于所述DSP处理器生成的电压矢量，用于对DSP处理数据的延时进行监控，得到外部延时，用于计算出FPGA处理器的内部延时，用于根据所述内部延时、外部延时和转速信息对所述电压矢量进行旋转生成输出矢量，和用于通过SVPWM控制信号转换单元将所述输出矢量转换生成SVPWM控制信号；所述驱动板用于接收来自于FPGA处理器的SVPWM控制信号，所述驱动板根据所述SVPWM控制信号驱动伺服电机。2.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统，其特征在于：所述SVPWM控制信号转换单元包括扇区判断模块、时间计算模块、矢量分配模块、三角波生成模块、SVPWM信号输出模块和死区调节模块；所述输出矢量通过所述扇区判断模块、时间计算模块、矢量分配模块、三角波生成模块、SVPWM信号输出模块和死区调节模块转换成SVPWM控制信号。3.根据权利要求2所述的一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统，其特征在于：所述信号采集装置依次通过编码器、RS485芯片和隔离加转换芯片与所述FPGA处理器通讯连接，所述编码器用于对采集到的电机运行时的位置信息与转速信息编码。4.根据权利要求3所述的一种基于DSP和FPGA的伺服电机的控制系统，其特征在于：所述FPGA处理器还包括解码模块、双口RAM模块和延时补偿模块；所述编码器通过所述解码模块与所述FPGA处理器进行通讯；所述解码模块用于对编码后的所述位置信息与转速信息解码，然后将解码后的所述位置信息与转速信息写入所述双口RAM模块；所述DSP处理器通过所述双口RAM模块与所述FPGA处理器进行双向通讯；所述延时补偿模块用于通过计算所述DSP处理器获得转速信息的时间点与获得电压矢量的时间点的时间差得到所述外部延...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁洋，丁云鹏，张格森，
申请(专利权)人：广东博智林机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：