基于DSP与FPGA的电动车电机驱动系统控制器技术方案

本实用新型专利技术涉及基于DSP与FPGA的电动车电机驱动系统控制器，通过电源模块连接至电机系统，包括通过外部并行总线连接的DSP芯片和FPGA芯片，其中：DSP芯片连接至电机系统，同时，DSP芯片连接有CAN通信模块，电机系统分别通过母线电压采集模块、三相电流采集模块、光电编码器模块、保护电路模块、模拟控制信号模块与FPGA芯片连接，FPGA芯片再连接至DSP芯片；通过DSP和FPGA的结合，既充分发挥了DSP较强的计算能力，又充分发挥了FPGA的数据采集和处理能力，本实用新型专利技术可以使电动车的控制具有采集数据速度快、精确度高、安全可靠、通信速度快、控制简便的特点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电动车电机驱动系统技术，特别是一种基于DSP与FPGA双MCU的电动车电机驱动系统控制器。
技术介绍
进入21世纪，世界各国面临着石油资源枯竭和环境污染严重两个巨大挑战，在我国，这两个问题尤为突出。电动车由于能够实现零排放，所以能够有效地避免空气污染，同时它直接利用电能驱动，摆脱了对石油的依赖。随着科学技术的发展，电动车技术的研究，正在成为世界各国现代车辆研究和发展的重点。 随着电力电子技术和计算机控制技术的迅速发展，在电动车的电机驱动控制系统中已开始采用各种新型、高性能的器件。如数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、智能功率控制模块等，以实现数字控制。以往的电机控制系统大多是基于DSP，DSP+GAL, DSP+CPLD构架。例如公告号为CN102377380A，公开日为20120314的中国专利文献，公开了一种电动车辆交流永磁同步电机控制系统，包括交流永磁同步电机、功率变换器、控制器和检测器，所述控制器为一 DSP微处理器，所述检测器包括位置检测器和电流检测器，所述位置检测器和电流检测器将其各自检测到的交流永磁同步电机的转子位置/速度信号和电流信号分别输入DSP微处理器，所述DSP微处理器根据输入的转子位置/速度信号计算出电流的给定值，再与输入的电流检测值相比较得出相应的控制信号，并经功率变换器驱动交流永磁同步电机；所述功率变换器采用由MOSFET逆变器和IGBT逆变器构成的三相双逆变桥式结构。但是该方案也和上述构架一样，同样在实现时序逻辑的功能方面比较弱，实现复杂的控制算法和保证实时性也比较困难。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于DSP与FPGA的电动车电机驱动系统控制器，通过DSP与FPGA双MCU的有效结合，和传统构架相比，通过DSP与FPGA的结合在时序逻辑方面具有很明显的优势，实现了信号采集速度快，精度高，编程方便，控制可靠，安全稳定，通信速度快，操作便捷等目的。为了达到上述目的，本技术的技术方案如下基于DSP与FPGA的电动车电机驱动系统控制器，通过电源模块连接至电机系统，其特征在于包括通过外部并行总线连接的DSP芯片和FPGA芯片，其中，DSP芯片连接至电机系统，同时，DSP芯片连接有CAN通信模块，电机系统分别通过母线电压采集模块、三相电流采集模块、光电编码器模块、保护电路模块、模拟控制信号模块与FPGA芯片连接，FPGA芯片再连接至DSP芯片。所述三相电流采集模块为电流传感器。所述母线电压采集模块、三相电流采集模块、模拟控制信号模块和FPGA芯片之间还设置有模数转换芯片(A/D芯片)。在电机驱动控制器中，DSP芯片和FPGA芯片分工合作FPGA芯片主要承担采集电机各项信号的工作，包括模拟控制信号，三相电流信号，母线电压信号，光电编码器信号，保护电路信号；DSP芯片主要承担计算和输出PWM波的工作，通过定时读取FPGA采集的电机反馈信号，DSP就能确定电机系统目前的状态，通过一定的算法，对其进行进一步的控制。由于采集信号中的三相电流传感器信号、母线电压信号和踏板信号均为模拟信号，为了提高控制效率和采样频率，本技术方案采用FPGA控制A/D数模转换芯片来对模拟信号进行调理和转换。模拟信号通过A/D芯片之后可以转换为数字信号输入FPGA，存于FPGA内部RAM中。这样不但提高了采集反馈信号的速度，还提高了反馈信号的精度。所述电动车电机控制的控制方式主要采用电压空间正弦波脉宽调制(SVP WM)，而DSP芯片带有事件管理器模块，可以让设计人员非常方便地通过软件编程的方法生成各种形式的SVPWM，易于SVPWM的数字化实现。通过在算法中配置比较寄存器CMPRl，CMPR2和CMPR3，事件管理器可以产生3相6路互补的带可编程死区的PWM波信号。由DSP芯片直接输出PWM波，大大提高了系统的抗干扰能力。在提高电动车电机控制器的可靠性方面，控制器保护模块可以把电机的异常状态，包括短路、过流、缺相、过载、主电路过压和控制电路欠压，送到FPGA的故障处理机进行处理，DSP则通过外部中断等方式，快速地对DSP的PWM通道进行锁存。同时，FPGA还可以通过温度传感器来监控电机和功率模块的温度，并且作为反馈信号由DSP定时读取，并且在温度过高的时候快速锁存PWM通道并报警。这样就避免因为器件温度太高而造成功率模块和电机的损坏，提闻了电机系统的安全稳定性。在通信方面，DSP自带的IM通信速率的CAN总线功能提供了控制器与外界的通信接口，它能够极大地提高数据传输的速度和精度。CAN总线有两个功能，一是通过DSP将采集到的数据滤波后，打包发送到其他接收设备；二是DSP通过CAN总线接收外界发送的数据包，对电机实现简单的控制，同时，电动车电机控制器的程序的更新和下载也可以方便快捷地通过CAN总线通信来完成。另外，控制器上也集成了一般的通信接口，如RS232，RS485等，这些都可以通过DSP的特定模块进行控制和通信。在提高系统操作方便性方面，电动车电机驱动控制器上还集成了与FPGA相连的模拟控制信号模块。模拟控制信号包括踏板信号，刹车信号，前进/后退信号，钥匙信号。FPGA可以实时地采集这个模块的模拟量和数字量，以此来判断操作者的意图，然后根据采集到的模拟控制信号改变DSP的控制状态，从而改变电动车电机系统的状态。本技术的实现原理如下首先，FPGA自动采集模拟控制信号模块的控制信号，DSP根据FPGA采集的状态信号确定电机的运行状态。若采集到的钥匙信号为解锁状态，则电机正常运行，反之则锁存DSP的PWM通道。在钥匙信号为解锁的状态下，若检测到前进信号，则电机正转；若为后退信号，则电机反转；若检测到刹车信号，则电机立刻将速度降为O。其次，DSP可以根据模拟控制信号输出的踏板信号，来确定电机的转速。DSP还可以通过CAN总线接收外界给予的控制信息来控制电机的运行状态，转速等，据此来对电机进行控制。由于采用了上述的技术方案，本技术的有益效果如下DSP和FPGA两个MCU的结合，能够优势互补，取长补短，既充分发挥了 DSP较强的计算能力，又充分发挥了 FPGA的数据采集和处理能力的特点，并且在时序逻辑方面具有很明显的优势，使电动车的控制具有采集数据速度快，精确度高，安全可靠，通信速度快，控制简便的特点。附图说明图I为本技术的结构框图图2为本技术的数据流图其中，附图标记为1、DSP芯片，2、FPGA芯片，3、电机系统，4、CAN通信模块，5、母线电压采集模块，6、三相电流采集模块，7、光电编码器模块，8、保护电路模块.9、模拟控制信号模块，10、A/D芯片，11、电源模块。具体实施方式下面结合实施例来具体说明本技术。如图1-2所示，基于DSP与FPGA的电动车电机驱动系统控制器，通过电源模块连接至电机系统，包括通过外部并行总线连接的DSP芯片和FPGA芯片，其中，DSP芯片连接至电机系统，同时，DSP芯片连接有CAN通信模块，电机系统分别通过母线电压采集模块、三相电流采集模块、光电编码器模块、保护电路模块、模拟控制信号模块与FPGA芯片连接，FPGA芯片再连接至DSP芯片。DSP为32位数字信号处理芯片，DSP芯片采用TI公司推出的高性能32本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于DSP与FPGA的电动车电机驱动系统控制器，通过电源模块连接至电机系统，其特征在于：包括通过外部并行总线连接的DSP芯片和FPGA芯片，其中，DSP芯片连接至电机系统，同时，DSP芯片连接有CAN通信模块，电机系统分别通过母线电压采集模块、三相电流采集模块、光电编码器模块、保护电路模块、模拟控制信号模块与FPGA芯片连接，FPGA芯片再连接至DSP芯片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑刚，任亚辉，代同振，蔡师膑，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：