專利名稱：片上電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，尤其是一種基于片上可編程技術(shù)(SOPC)的
電機(jī)伺服控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在工業(yè)控制領(lǐng)域中，有各種類型的電機(jī)伺服系統(tǒng)在投入使用，這些不同類型 的伺服系統(tǒng)采用不同的控制器。因此一旦采用另一種類型的電機(jī)伺服系統(tǒng)時(shí)，就需要 采用相應(yīng)的控制器，這將導(dǎo)致系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期的延長(zhǎng)，成本的大幅提升。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能采用同一控制器的不足，本發(fā)明提供一種片上電機(jī)伺服控
制系統(tǒng)，只需根據(jù)電機(jī)的實(shí)際功率選擇相應(yīng)的功放MOS管，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類型 電機(jī)的多路并行控制。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括處理系統(tǒng)、系統(tǒng)接口電路和電 機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，處理系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)接口電路連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接電機(jī)， 由處理系統(tǒng)產(chǎn)生電機(jī)控制指令，送往電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制，系統(tǒng)接 口電路同時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)與其它外部設(shè)備的通訊功能，并將電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采集到的電機(jī)的狀 態(tài)信息輸送至處理系統(tǒng)。
處理系統(tǒng)采用可編程邏輯器件(FPGA)，包括嵌入式軟核處理器、在片ROM、 在片RAM、通信口、定時(shí)器和輸入/輸出(10) 口，上述各器件均通過(guò)一條嵌入式總 線連接。通過(guò)IO 口將電機(jī)狀態(tài)輸入，利用嵌入式總線傳輸至嵌入式軟核處理器，生成 電機(jī)控制指令，通過(guò)IO 口將控制指令送出，處理器的程序安裝在在片ROM中，運(yùn)行 程序時(shí)調(diào)用在片RAM，通信口通過(guò)系統(tǒng)接口電路連接顯示器或其它外設(shè)，定時(shí)器用于 運(yùn)行周期程序。
系統(tǒng)接口電路包含獨(dú)立的電平轉(zhuǎn)換電路和串行通訊電路，電平轉(zhuǎn)換電路一端連接 處理系統(tǒng)的IO 口，另一端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)狀態(tài)信息以及電機(jī)控制指令需經(jīng)過(guò) 電平變換后分別送往處理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。串行通訊電路一端連接處理系統(tǒng)的通 信口，另一端連接外設(shè)，利用串行通訊電路實(shí)現(xiàn)與其它外部設(shè)備(顯示器、PC機(jī))的 通信。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括運(yùn)算放大器、光電隔離芯片、切換開(kāi)關(guān)、若干個(gè)推挽式放大器、
電位計(jì)和A/D轉(zhuǎn)換芯片。首先利用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大與變換，接著將信號(hào)送 往光電隔離芯片。在光電隔離芯片的輸出端與各個(gè)推挽式放大器驅(qū)動(dòng)電路之間，加裝 了切換開(kāi)關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式切換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管的型號(hào)選擇需根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的功率需 求為準(zhǔn)進(jìn)行選取。對(duì)于電機(jī)狀態(tài)信息的獲取是基于電位計(jì)測(cè)得正比于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的 電壓信號(hào)，利用A/D轉(zhuǎn)換芯片將電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)電機(jī)狀態(tài)輸出端連接系統(tǒng) 接口電路的電平轉(zhuǎn)換電路，最終送往處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的有益效果是由于釆用可編程邏輯芯片(FPGA)設(shè)計(jì)了基于片上可編程 技術(shù)(SOPC)的電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，本發(fā)明只需對(duì)功率MOS管進(jìn)行更換，而不需對(duì) 其它硬件電路進(jìn)行修改，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字控制，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路控制 信號(hào)的輸出。除此以外，由于采用了片上系統(tǒng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)外設(shè)器件的片內(nèi)高度集 成，提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)進(jìn)一步降低了成本。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。


圖l是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)框圖。 ' 圖2是本發(fā)明的處理系統(tǒng)框圖。 圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)接口電路示意圖。 圖4是本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式
裝置實(shí)施例參照?qǐng)Dl，包括處理系統(tǒng)、系統(tǒng)接口電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，處理系統(tǒng) 通過(guò)系統(tǒng)接口電路連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接電機(jī)，由處理系統(tǒng)進(jìn)^1處理， 從而產(chǎn)生電機(jī)控制指令，送往電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制，系統(tǒng)接口電路
同時(shí)利用系統(tǒng)接口電路基于RS232協(xié)議可以和其他外部系統(tǒng)通訊，并將電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 采集到的電機(jī)的狀態(tài)信息輸送至處理系統(tǒng)。
本發(fā)明所述的利用FPGA芯片構(gòu)成的片上處理系統(tǒng)如圖2所示，處理器采用了 NiosII嵌入式軟核32位處理器。在FPGA芯片內(nèi)部還集成了在片ROM,在片RAM， 用于串行通訊的RXD (接收)與TXD (發(fā)送)通信，IO，定時(shí)器，串行外設(shè)SPI端
口， SDRAM控制器，上述各器件均通過(guò)一條嵌入式總線連接。通過(guò)IO口將電機(jī)狀態(tài) 輸入，利用嵌入式總線傳輸至嵌入式軟核處理器，生成電機(jī)控制指令，通過(guò)IO口將控 制指令送出，處理器的程序安裝在在片ROM中，運(yùn)行程序時(shí)調(diào)用在片RAM，通信口 通過(guò)系統(tǒng)接口電路連接顯示器或其它外設(shè)，定時(shí)器用于運(yùn)行周期程序。
本發(fā)明所述的系統(tǒng)接口電路包括串行通訊電路以及電平轉(zhuǎn)換電路，如圖3所示， 電平轉(zhuǎn)換電路一端連接處理系統(tǒng)的IO 口，另一端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中電機(jī)狀態(tài)信 息以及電機(jī)控制指令需經(jīng)過(guò)電平變換后分別送往處理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn) 行中，當(dāng)電機(jī)給出的狀態(tài)信息電壓電平高于3.3V時(shí)，74LCX16245起到電平轉(zhuǎn)換的 功能。串行通訊電路一端連接處理系統(tǒng)的通信口，另一端連接外設(shè)，利用串行通訊電 路實(shí)現(xiàn)與其它外部設(shè)備(顯示器、PC機(jī))的通信，與控制終端通信是利用串行RS232 協(xié)議，具體實(shí)現(xiàn)采用MAX232芯片。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括運(yùn)算放大器、光電隔離芯片、切換開(kāi)關(guān)、若干個(gè)推挽式放大器、 電位計(jì)和A/D轉(zhuǎn)換芯片，如圖4所示，利用運(yùn)算放大器OP07對(duì)來(lái)自處理系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng) 信號(hào)(驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的PWM信號(hào)、磁滯同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)等)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換與放 大，當(dāng)完成放大后，將信號(hào)送往光電耦合芯片TLP250從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離。通過(guò)此 芯片以減少驅(qū)動(dòng)電路對(duì)處理系統(tǒng)電路的干擾(另外驅(qū)動(dòng)電路引入的大電流或大電壓會(huì) 回到處理系統(tǒng)，對(duì)原器件造成損壞)。由于不同類型電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸出方式有區(qū)別，在光 電耦合芯片的輸出端以及驅(qū)動(dòng)級(jí)之間，加裝了切換開(kāi)關(guān)，當(dāng)用于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及磁 滯同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)從輸入的信號(hào)進(jìn)入功率MOS管,中，驅(qū)動(dòng)H橋電路的通斷，輸出電 機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)用于步進(jìn)電機(jī)控制時(shí)，則輸出計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。特別值得注意的是由于 不同類型的電機(jī)功率差異較大，因此根據(jù)實(shí)際功率需選用不同的功率管以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電 流的輸出。對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息的獲取采用電位計(jì)將角度信息變?yōu)殡妷盒畔ⅲ⑼?過(guò)ADC0820芯片實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并送往處理系統(tǒng)。功率MOS管的型號(hào)選擇需根 據(jù)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的功率需求為準(zhǔn)進(jìn)行選取。對(duì)于電機(jī)狀態(tài)信息的獲取是基于電位 計(jì)測(cè)得正比于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的電壓信號(hào)，利用A/D轉(zhuǎn)換芯片將電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 最終送往處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.片上電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，包括處理系統(tǒng)、系統(tǒng)接口電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于處理系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)接口電路連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接電機(jī)，由處理系統(tǒng)產(chǎn)生電機(jī)控制指令，送往電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制，系統(tǒng)接口電路同時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)與其它外部設(shè)備的通訊功能，并將電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采集到的電機(jī)的狀態(tài)信息輸送至處理系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的片上電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于所述的處理 系統(tǒng)采用可編程邏輯器件，包括嵌入式軟核處理器、在片ROM、在片RAM、 通信口、定時(shí)器和輸入/輸出口，上述各器件均通過(guò)一條嵌入式總線連接；通過(guò) IO 口將電機(jī)狀態(tài)輸入，利用嵌入式總線傳輸至嵌入式軟核處理器，生成電機(jī)控 制指令，通過(guò)IO口將控制指令送出，處理器的程序安裝在在片ROM中，運(yùn)行 程序時(shí)調(diào)用在片RAM，通信口通過(guò)系統(tǒng)接口電路連接顯示器或其它外設(shè)，定 時(shí)器用于運(yùn)行周期程序。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的片上電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng) 接口電路包含獨(dú)立的電平轉(zhuǎn)換電路和串行通訊電路，電平轉(zhuǎn)換電路一端連接處 理系統(tǒng)的IO口，另一端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)狀態(tài)信息以及電機(jī)控制指令需經(jīng)過(guò)電平變換后分別送往處理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；串行通訊電路一端連接處理系統(tǒng)的通信口，另一端連接外設(shè)，利用串行通訊電路實(shí)現(xiàn)與其它外部設(shè)備 的通信。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的片上電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于所述的電機(jī) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括運(yùn)算放大器、光電隔離芯片、切換開(kāi)關(guān)、若干個(gè)推挽式放大器、 電位計(jì)和A/D轉(zhuǎn)換芯片；運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大與變換，接著將信號(hào)送往 光電隔離芯片；在光電隔離芯片的輸出端與各個(gè)推挽式放大器驅(qū)動(dòng)電路之間， 加裝了切換開(kāi)關(guān)，針對(duì)不同電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式切換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管的型號(hào)選擇需根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn) 行的功率需求為準(zhǔn)進(jìn)行選取；對(duì)于電機(jī)狀態(tài)信息的獲取是基于電位計(jì)測(cè)得正比 于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的電壓信號(hào)，利用A/D轉(zhuǎn)換芯片將電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò) 電機(jī)狀態(tài)輸出端連接系統(tǒng)接口電路的電平轉(zhuǎn)換電路，最終送往處理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種片上電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，包括處理系統(tǒng)、系統(tǒng)接口電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，處理系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)接口電路連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接電機(jī)，由處理系統(tǒng)產(chǎn)生電機(jī)控制指令，送往電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制，系統(tǒng)接口電路同時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)與其它外部設(shè)備的通訊功能，并將電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采集到的電機(jī)的狀態(tài)信息輸送至處理系統(tǒng)。本發(fā)明只需對(duì)功率MOS管進(jìn)行更換就能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字控制，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路控制信號(hào)的輸出。
文檔編號(hào)G05B19/04GK101369137SQ20081015118
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者于曉洲, 軍 周, 周鳳歧 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)