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：
本實用新型涉及一種電機(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，就需要 采用相應(yīng)的控制器，這將導(dǎo)致系統(tǒng)開發(fā)周期的延長，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，本實用新型提供一種片上電機(jī)伺
服控制系統(tǒng)，只需根據(jù)電機(jī)的實際功率選擇相應(yīng)的功放MOS管，就可以實現(xiàn)對多種 類型電機(jī)的多路并行控制。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括處理系統(tǒng)、系統(tǒng)接口電路
和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，處理系統(tǒng)通過系統(tǒng)接口電路連接電機(jī)驅(qū)動電路，電機(jī)驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)實現(xiàn)對電機(jī)的驅(qū)動與控制， 系統(tǒng)接口電路同時來實現(xiàn)與其它外部設(shè)備的通訊功能，并將電機(jī)驅(qū)動系統(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、定時器和輸入/輸出(10) 口，上述各器件均通過一條嵌入式總 線連接。通過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IO 口將控制指令送出，處理器的程序安裝在在片ROM中，運行 程序時調(diào)用在片RAM，通信口通過系統(tǒng)接口電路連接顯示器或其它外設(shè)，定時器用于 運行周期程序。
系統(tǒng)接口電路包含獨立的電平轉(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)動系統(tǒng)，電機(jī)狀態(tài)信息以及電機(jī)控制指令需經(jīng)過 電平變換后分別送往處理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)包括運算放大器、光電隔離芯片、切換開關(guān)、若干個推挽式放大器、
電位計和A/D轉(zhuǎn)換芯片。首先利用運算放大器實現(xiàn)信號的放大與變換，接著將信號送 往光電隔離芯片。在光電隔離芯片的輸出端與各個推挽式放大器驅(qū)動電路之間，加裝 了切換開關(guān)，用于實現(xiàn)針對不同電機(jī)的驅(qū)動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管的型號選擇需根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)實際運行的功率需 求為準(zhǔn)進(jìn)行選取。對于電機(jī)狀態(tài)信息的獲取是基于電位計測得正比于電機(jī)轉(zhuǎn)動角度的 電壓信號，利用A/D轉(zhuǎn)換芯片將電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過電機(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)。
本實用新型的有益效果是由于采用可編程邏輯芯片(FPGA)設(shè)計了基于片上可 編程技術(shù)(SOPC)的電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，本實用新型只需對功率MOS管進(jìn)行更換， 而不需對其它硬件電路進(jìn)行修改，就能實現(xiàn)對多種電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字控制，'并同時實現(xiàn) 多路控制信號的輸出。除此以外，由于采用了片上系統(tǒng)技術(shù)，可以實現(xiàn)外設(shè)器件的片 內(nèi)高度集成，提高系統(tǒng)的可靠性，同時進(jìn)一步降低了成本。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實用新型的組成結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是本實用新型的處理系統(tǒng)框圖。 圖3是本實用新型的系統(tǒng)接口電路示意圖。 圖4是本實用新型的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)框圖。
具體實施方式

裝置實施例參照圖l，包括處理系統(tǒng)、系統(tǒng)接口電路和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，處理系統(tǒng) 通過系統(tǒng)接口電路連接電機(jī)驅(qū)動電路，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)連接電機(jī)，由處理系統(tǒng)進(jìn)行處理， 從而產(chǎn)生電機(jī)控制指令，送往電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)對電機(jī)的驅(qū)動與控制，系統(tǒng)接口電路
同時利用系統(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)。
本實用新型所述的利用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，10，定時器，串行外設(shè)SPI端口， SDRAM控制器，上述各器件均通過一條嵌入式總線連接。通過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IO 口將控 制指令送出，處理器的程序安裝在在片ROM中，運行程序時調(diào)用在片RAM，通信口 通過系統(tǒng)接口電路連接顯示器或其它外設(shè)，定時器用于運行周期程序。
本實用新型所述的系統(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)過電平變換后分別送往處理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。在系 統(tǒng)運行中，當(dāng)電機(jī)給出的狀態(tài)信息電壓電平高于3.3V時，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，具體實現(xiàn)采用MAX232芯片。
電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括運算放大器、光電隔離芯片、切換開關(guān)、若干個推挽式放大器、 電位計和A/D轉(zhuǎn)換芯片，如圖4所示，利用運算放大器OP07對來自處理系統(tǒng)的驅(qū)動 信號(驅(qū)動直流電機(jī)的PWM信號、磁滯同步電機(jī)的驅(qū)動信號等)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換與放 大，當(dāng)完成放大后，將信號送往光電耦合芯片TLP250從而實現(xiàn)信號的隔離。通過此 芯片以減少驅(qū)動電路對處理系統(tǒng)電路的干擾(另外驅(qū)動電路引入的大電流或大電壓會 回到處理系統(tǒng)，對原器件造成損壞)。由于不同類型電機(jī)驅(qū)動的輸出方式有區(qū)別，在光 電耦合芯片的輸出端以及驅(qū)動級之間，加裝了切換開關(guān)，當(dāng)用于直流電機(jī)驅(qū)動以及磁 滯同步電機(jī)驅(qū)動時從輸入的信號進(jìn)入功率MOS管中，驅(qū)動H橋電路的通斷，輸出電 機(jī)驅(qū)動信號，當(dāng)用于步進(jìn)電機(jī)控制時，則輸出計數(shù)脈沖信號。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)實際功率需選用不同的功率管以實現(xiàn)驅(qū)動電 流的輸出。對于電機(jī)轉(zhuǎn)動位置信息的獲取采用電位計將角度信息變?yōu)殡妷盒畔?，并?過ADC0820芯片實現(xiàn)實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并送往處理系統(tǒng)。功率MOS管的型號選擇需根 據(jù)電機(jī)系統(tǒng)實際運行的功率需求為準(zhǔn)進(jìn)行選取。對于電機(jī)狀態(tài)信息的獲取是基于電位 計測得正比于電機(jī)轉(zhuǎn)動角度的電壓信號，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)動系統(tǒng)，其特征在于處理系統(tǒng)通過系統(tǒng)接口電路連接電機(jī)驅(qū)動電路，電機(jī)驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)實現(xiàn)對電機(jī)的驅(qū)動與控制，系統(tǒng)接口電路同時來實現(xiàn)與其它外部設(shè)備的通訊功能，并將電機(jī)驅(qū)動系統(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、定時器和輸入/輸出口，上述各器件均通過一條嵌入式總線連接；通過 10 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IO 口將控制指令送出，處理器的程序安裝在在片ROM中，運行 程序時調(diào)用在片RAM，通信口通過系統(tǒng)接口電路連接顯示器或其它外設(shè)，定 時器用于運行周期程序。
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)動系統(tǒng)，電機(jī)狀態(tài)信息以及電機(jī)控制指令 需經(jīng)過電平變換后分別送往處理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)包括運算放大器、光電隔離芯片、切換開關(guān)、若干個推挽式放大器、 電位計和A/D轉(zhuǎn)換芯片；運算放大器實現(xiàn)信號的放大與變換，接著將信號送往 光電隔離芯片；在光電隔離芯片的輸出端與各個推挽式放大器驅(qū)動電路之間， 加裝了切換開關(guān)，針對不同電機(jī)的驅(qū)動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管的型號選擇需根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)實際運 行的功率需求為準(zhǔn)進(jìn)行選??；對于電機(jī)狀態(tài)信息的獲取是基于電位計測得正比 于電機(jī)轉(zhuǎn)動角度的電壓信號，利用A/D轉(zhuǎn)換芯片將電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過 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)。
專利摘要本實用新型公開了一種片上電機(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)動系統(tǒng)，處理系統(tǒng)通過系統(tǒng)接口電路連接電機(jī)驅(qū)動電路，電機(jī)驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)實現(xiàn)對電機(jī)的驅(qū)動與控制，系統(tǒng)接口電路同時來實現(xiàn)與其它外部設(shè)備的通訊功能，并將電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)采集到的電機(jī)的狀態(tài)信息輸送至處理系統(tǒng)。本實用新型只需對功率MOS管進(jìn)行更換就能實現(xiàn)對多種電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字控制，并同時實現(xiàn)多路控制信號的輸出。
文檔編號H02P25/02GK201270493SQ200820221700
公開日2009年7月8日 申請日期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 申請人:西北工業(yè)大學(xué)