基于ＳＯＰＣ的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统，属于电机控制领域，本发明专利技术是为了解决人们只能在现场控制无刷直流电机作业，浪费大量的人力、经费，在危险工作环境下还会增加伤亡概率的问题。本发明专利技术包括ＦＰＧＡ、ｍ个隔离电路、多路并行模数转换采样电路、以太网接口电路、以太网组件终端、外部存储器和ｍ个无刷直流电机，多路并行模数转换采样电路采用专用三相电量测量ＡＤ器件ＡＤ７３３６０，利用交流耦合方式对三路反电势信号进行同时采样，由ＦＰＧＡ内部构建的电机驱动ＩＰ核进行优化处理，通过隔离电路驱动电机运行，通过ＩＰ复用技术并行无延迟地驱动多路电机，基于ＦＰＧＡ的嵌入式服务器使用户对电机的控制可以在远程实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于SOPC的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统，属于电机控制领域。
技术介绍
无刷直流电机(Brushless DC Motor，简称BLDCM)是梯形波永磁同步电动机的别称，其特点是电机中气隙磁密分布为梯形波，因而电机的反电势波形和电流波形均为梯形波。 无刷直流电机与其他各类电动机相比，具有体积小、效率高、出力大、起动转矩大、过载能力强、动态特性好、控制容易、灵活、方便等特点。现已广泛应用于医疗、数控机床、机器人控制、电动车驱动和家电应用等领域。高性能的无刷直流电机需要实时检测转子位置已实现其自控变频驱动，因此产生了各种无刷直流电机转子位置信号的监测方法，如电磁式位置传感器，霍尔位置传感器，光电编码器等。但这些位置传感器都作为电机本体的附属结构存在，使电机结构进一步复杂化，增加了电机的重量和体积，同时，位置传感器安装与维护困难，是整个无刷直流电机本体结构中最薄弱的环节，使无刷直流电机的可靠性降低。因此，目前，无刷直流电机的无位置传感器控制成为学者和工程人员研究的热点。 无位置传感器的转子位置检测是通过检测和计算与转子位置有关的物理量间接地获得转子的位置信息。常用的无位置传感器位置检测方法有反电势过零检测法、续流二极管工作状态检测法、绕组三次谐波检测法和瞬时电压方程法等。 目前，在无刷直流电机转子位置信号无传感器检测领域中，反电动势过零检测法由于检测电路结构简单，算法亦不复杂，因此发展最成熟，应用最为广泛。 对于最常见的两相导通星形三相六状态工作方式，除了换向的瞬间之外，在任何时刻，电机总有一项绕组处于断路状态。当断路相绕组的反电势过零之后，再经过30度电角度，就是该相的换相点。因此，只要检测到各相绕组反电势的过零点，就可以确定电机的转子位置和下次换流时间。传统的反电势过零检测算法都是通过外围分立的模拟电路，重构出电机的中心点电压来获得反电势过零信号的。但是，受重构电路准确性的影响，反电势过零信号总是存在误差，造成电机的换相精度较低，控制性能不是很理想。随着数字信号处理器DSP的出现，在DSP中以软件方式实现过零检测及驱动控制一度成为研究热点。但是，软件算法的串行性又会引入一定的执行延时，而且它还会增加CPU的负担，限制了电机其它控制任务的完成。另外，传统的反电势过零检测法仅能在20％以上额定转速以上才能使用，调速范围受到很大制约。 与此同时，随着科学技术的不断发展，生产规模的不断扩大，现代机电控制系统越来越趋向于高精度、微型化及大规模化发展，这时，只能在现场进行控制作业的电机就暴露出它的缺点，在管理和维护方面的人力、经费过大，工作要花费大量的时间巡检、控制等；另外，有一些地方是人类无法到达的，并且作业环境十分恶劣，例如有核污染等危险地带，只能在现场作业的电机就无法满足控制要求，如果工作人员长时间在这样的危险环境下作业，增加了伤亡的概率。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决人们只能在现场控制无刷直流电机作业，浪费大量的人力、经费，在危险工作环境下还会增加伤亡概率的问题，提供了基于SOPC的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统。 本专利技术包括FPGA、m个隔离电路、多路并行模数转换采样电路、以太网接口电路、以太网组件终端、外部存储器和m个无刷直流电机， FPGA内构建有m个电机驱动IP核、internet接口、NOISII软核和三态桥接器，m个电机驱动IP核、internet接口、NOIS II软核和三态桥接器分别挂接在FPGA内部的总线上， 以太网组件终端的输入输出端与以太网接口电路的用户输入输出端相连， 外部存储器的输入输出端与三态桥接器的存储输入输出端相连， 每个无刷直流电机的采样信号端与多路并行模数转换采样电路的一个信号输入端相连，多路并行模数转换采样电路的m个信号输出端分别与每个电机驱动IP核的采样信号输入端相连，每个电机驱动IP核的输出端与一个隔离电路的输入端相连，每个隔离电路的输出端与一个无刷直流电机的控制信号输入端相连。 本专利技术的优点基于Internet的远程控制技术使传统的无刷直流电机BLDCM控制系统摆脱空间的限制，通过网络实现对设备的远程控制、管理和维护，同时也实现资源和技术的共享。尤其是大型企业集团，企业各工厂或产品生产的分散，采用远程控制系统便于企业集团对所属工厂生产设备的及时监控、诊断和维护，这种远程监控还能节省大量用于管理和维护的人力、经费，从而提高经济效益，并可以实现企业信息网与控制网的有效连接，实现企业的综合自动化。其次，它可以拓宽人们的作业空间和范围，有利于促进新一代空间机器人、海洋机器人、危险环境机器人的研制和开发。基于Internet的控制不需要人们铺设专门的通讯线路并且网络技术日益成熟，这样将有利于减少远程控制的成本、扩大远程化距离、实现对任意节点的访问。 附图说明 图1是本专利技术所述基于SOPC的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统的结构示意图，图2是本专利技术电机驱动IP核的结构示意图，图3是嵌入式操作系统结构示意图，图4是WEB服务器框图，图5是用套接字建立连接的流程图，图6是电机转速为220Rpm时换向信号波形与A、B、C三相反电势波形图，图7是电机输入转速由125Rpm突加至2500Rpm的暂态转速曲线，图8是AD模/数转换器采用单端输入模式时，正负两个输入信号对应曲线，图9是反电势与开关管工作顺序波形图，图10是电机正转时的反电势波形图及相位转换示意图，图11是VHDL三段式同步启动模块I/O端口示意图。 具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1、图3至图7来说明本实施方式，本实施方式包括FPGA1、m个隔离电路2、多路并行模数转换采样电路3、以太网接口电路4、以太网组件终端5、外部存储器6和m个无刷直流电机20， FPGA1内构建有m个电机驱动IP核10、internet接口11、NOIS II软核12和三态桥接器13，m个电机驱动IP核10、internet接口11、NOIS II软核12和三态桥接器13分别挂接在FPGA1内部的总线上， 以太网组件终端5的输入输出端与以太网接口电路4的用户输入输出端相连， 外部存储器6的输入输出端与三态桥接器13的存储输入输出端相连， 每个无刷直流电机20的采样信号端与多路并行模数转换采样电路3的一个信号输入端相连，多路并行模数转换采样电路3的m个信号输出端分别与每个电机驱动IP核10的采样信号输入端相连，每个电机驱动IP核10的输出端与一个隔离电路2的输入端相连，每个隔离电路2的输出端与一个无刷直流电机20的控制信号输入端相连。 FPGA1选用CycloneII系列EP2C20Q240C8N。，在Altera公司的Cyclone II系列的FPGA(现场可编程门阵列)上，利用SOPC(片上可编程系统)技术，实现了对系统的硬件模块化设计。该系统包括基于反电势过零检测的无位置传感器驱动器和在Nios II软核的基础上构建的嵌入式Web服务器。本系统的各种功能可以凭借FPGA内部强大的资源来实现，并能在线升级，缩短开发时间，满足系统越来越高的控制要求。随着FPGA价格的降低和内部资源的提升，它在电机领域的应用将会越来越普遍。 以太网接口电路4选用DA本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于ＳＯＰＣ的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统，其特征在于，它包括ＦＰＧＡ（１）、ｍ个隔离电路（２）、多路并行模数转换采样电路（３）、以太网接口电路（４）、以太网组件终端（５）、外部存储器（６）和ｍ个无刷直流电机（２０），ＦＰＧＡ（１）内构建有ｍ个电机驱动ＩＰ核（１０）、ｉｎｔｅｒｎｅｔ接口（１１）、ＮＯＩＳⅡ软核（１２）和三态桥接器（１３），ｍ个电机驱动ＩＰ核（１０）、ｉｎｔｅｒｎｅｔ接口（１１）、ＮＯＩＳⅡ软核（１２）和三态桥接器（１３）分别挂接在ＦＰＧＡ（１）内部的总线上，以太网组件终端（５）的输入输出端与以太网接口电路（４）的用户输入输出端相连，外部存储器（６）的输入输出端与三态桥接器（１３）的存储输入输出端相连，每个无刷直流电机（２０）的采样信号端与多路并行模数转换采样电路（３）的一个信号输入端相连，多路并行模数转换采样电路（３）的ｍ个信号输出端分别与每个电机驱动ＩＰ核（１０）的采样信号输入端相连，每个电机驱动ＩＰ核（１０）的输出端与一个隔离电路（２）的输入端相连，每个隔离电路（２）的输出端与一个无刷直流电机（２０）的控制信号输入端相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨春玲，顾春阳，万鹏，李宪全，陈宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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