[发明专利]一种高性能变频控制器

说明书

技术领域

本发明涉及变频器控制技术领域，特别涉及一种高性能变频控制器。

背景技术

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控 制交流电机的电力控制设备。随着市场的扩大和用户端需求的多样化，国内外市 场上的变频器产品功能不断完善，集成度和系统化程度越来越高，操作更加方便， 同时出现了某些行业的专用变频器产品。另外，变频器的应用领域也在不断扩大， 从工厂的生产加工设备到中央空调、从重型机械到轻纺行业、从几百瓦的小功率 到几千千瓦的大功率电机都已广泛使用，且取得了明显的经济效益。

变频器主要由整流、滤波、逆变、制动、检测单元和变频控制器单元组成， 变频器靠内部IGBT的通断来调节输出端电压电流和频率，根据电机控制指令和相 应的检测反馈值提供其所需的电压电流和频率，进而达到转速和转矩调节以及节 能的目的，另外变频器还有很多的保护功能，如过压过流过载保护等功能，变频 控制器单元是完成这些功能的核心部件。

目前变频控制器的结构主要采用DSP+CPLD或者DSP+ARM的形式，虽然DSP在数 据处理上有很大的优势，但其通讯能力较差，从而采用DSP+CPLD架构的变频器往 往通讯功能较差，无法适应通讯多元化的需求，如果采用DSP外扩各种通讯接口 势必降低DSP的运算能力，无法适应复杂控制算法的需求；采用DSP+ARM架构的变 频控制器虽然可以有丰富的通讯接口，但无法实现DSP+ARM之间的高速并行数据 传输，或者无法像CPLD或者FPGA一样无延时的响应外部故障，即保护功能较差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高性能变频控制器，其成本低， 并且功能齐全，能适应各种电机控制算法和通讯需求。

本发明所采用的技术方案是：

一种高性能变频控制器，采用浮点DSP+FPGA+ARM三核构架，浮点DSP核和FPGA 核之间及FPGA核和ARM核之间均采用总线连接，浮点DSP核核与ARM核之间通过 FPGA进行高速并行通信；该控制器还包括高精度ADC模块，外部逻辑电路模块和 通讯接口电路模块，所述高精度ADC模块与FPGA核电连接，所述外部逻辑电路模 块分别于浮点DSP核、FPGA核和ARM核电连接，所述通信接口电路模块与ARM核电 连接。

作为优选，所述FPGA核包括：

控制逻辑处理模块，用于处理外部逻辑电路发送的信息并发出控制信号；

编码器检测模块，用于捕获外部光电式编码器脉冲信号，以测量电机的运行 速度和旋转方向；

故障处理模块，用于处理变频器过流、功率模块过流、直流母线过压和欠压 以及制动单元故障；

ADC控制及数字滤波模块，用于对外部ADC进行采样控制，并对采集到的信号 进行滤波处理；

存储模块，用于存储上述逻辑处理结果、编码器速度值、故障处理结果和外 部ADC采样值并共享给DSP和ARM。

作为优选，所述控制逻辑处理模块包括用户数字量I/O检测控制模块，用户 继电器输出控制模块和外部多温度变量采集通道切换控制模块。

作为优选，所述存储模块为模拟双口RAM。

作为优选，所述通信接口电路包括：

一路全速USB2.0接口，用于实现变频控制器与上位机的通讯，便于采用上 位机对变频器进行在线调试；

两路串行异步通信SCI接口，其中一路RS422接口用于实现变频控制器与参数 设置键盘通讯，便于实现变频器的简易调试，另一路RS485接口用于实现变频控 制器与外部PLC或者其他控制器的MODBUS通讯；

一路SPI接口，采用外扩通讯小板的方式，用于实现SPI转Profibus-DP功能， 然后与外部PLC或者其他控制器通讯；

两路控制局域网CAN总线接口，其中一路用于实现板载CANOpen或者 DeviceNet通讯，另外一路CAN总线接口用于实现通讯小板的CAN转光纤通讯功能；

一路SDIO接口，用于扩展MicroSD卡功能；

两路百兆工业以太网Ethernet接口，用于实现变频器的EtherCAT或者 ProfiNet通讯；

作为优选，所述两路百兆工业以太网Ethernet接口用于将多台变频器级联后， 在上位机上实现整条生产线的变频器调试和监测。