[实用新型]双芯片无刷直流电机驱动控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于伺服控制技术领域，涉及一种采用双芯片联合对无刷电机进行控制的驱动控制系统。

背景技术

无刷直流电机由永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器组成。它具备直流电机优越的调速性能的同时，又取消了碳刷、滑环结构所带来的各类问题。还具有结构简单、效率高、运行可靠等优点。

无刷直流电机的调速方式通常通过开环PWM调制来实现，通过外部给定占空比来实现转速的变化，但这种调速方式适用于对调速要求不高的场合，无法满足较高的调速性能要求，也无法实现对转矩转速的高精度控制。同时，传统的单片机控制系统、专用电机控制系统和DSP控制系统，在实现故障保护时，实现的故障保护电路，响应延时长，降低了系统的安全性。

传统的无刷直流电机的闭环速度控制和闭环位置控制系统，需要利用编码器作为传感器对电机的速度和位置进行检测，在使用时提高了系统的生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可实现快速、精准调速的无刷直流电机驱动控制系统。

本实用新型的技术方案是：双芯片无刷直流电机驱动控制系统，包括上位机、驱动电路、电压电流检测与比较电路和控制系统，无刷直流电机内置三相霍尔传感器，所述驱动电路为三相全桥电路，所述控制系统包括相互连接的逻辑处理器、微处理器，以及与逻辑处理器相连的驱动电路；

逻辑处理器包括计算单元、保护单元、驱动控制单元和通信单元，其中，计算单元接收三相霍尔传感器的反馈信号，并进行位置运算和速度运算；通信单元用于与微处理器的通信；

上位机与微处理器相连，上位机传递控制给定值信号到微处理器，并控制微处理器的控制模式；

微处理器接收来自逻辑处理器的位置和速度计算值，结合上位机的给定值，采用PID算法计算出速度、位置和力矩的控制值，并将控制值反馈到逻辑处理器的驱动控制单元，逻辑处理器通过驱动电路与驱动电路相连，驱动电路接收驱动控制单元给定的控制信号，通过驱动电路控制无刷直流电机工作；

所述电压电流检测与比较电路包括电流检测与比较电路和电压检测与比较电路，二者分别将采集的电流值和电压值反馈到微处理器的ADC采集端，同时将电流比较值和电压比较值传递到逻辑处理器，保护单元进行过压与过流的判断。

优选的是：逻辑处理器采用CPLD芯片，微处理器采用ARM芯片，二者通过SPI总线通信。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供了一种双芯片无刷电机驱动系统。ARM+CPLD双芯片联合实现转矩、转速、位置的高精度控制，同时利用了CPLD芯片的快速响应优点，实现了电机过压、过流故障的快速保护；

(2)该系统不使用速度和位置检测传感器，通过逻辑处理器内部逻辑实现速度和位置的精确计算，进而实现电机的速度和位置闭环控制，大大降低了系统成本；

(3)定制了一种CPLD片内SPI核，以适应SPI通信时序，实现了ARM与CPLD之间的SPI全双工通信，同时自定义了一种基于SPI总线的全双工通信协议；该SPI核具有很强的可移植性，具有统一的对外接口，可以轻松移植到任何一款CPLD芯片上以实现SPI通信功能。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为具体实施方式控制系统结构示意图。

图3为驱动电路结构示意图。

图4电流检测与比较电路。

图5电压检测与比较电路。

具体实施方式

如图1所示，双芯片无刷直流电机驱动控制系统，包括上位机、驱动电路、电压电流检测与比较电路和控制系统，无刷直流电机内置三相霍尔传感器，驱动电路为三相全桥电路。

控制系统包括相互连接的逻辑处理器、微处理器，以及与逻辑处理器相连的驱动电路。如图2所示，逻辑处理器采用CPLD芯片，微处理器采用ARM芯片，二者通过SPI总线通信。该系统不采用位置和速度传感器，而是采用无刷直流电机内部霍尔传感器反馈值，进行位置和速度的计算。CPLD接收到三相霍尔传感器反馈信号后，进行位置运算和速度运算，得到无刷直流电机转子的位置值和速度值，此处称为位置和速度的计算值，传递到ARM。