[发明专利]一种基于多处理器片上系统的多轴伺服驱动控制器

权利要求书

1.一种基于多处理器片上系统的多轴伺服驱动控制器，用于实现对多轴交流伺服电机独立、同步的驱动控制，其特征在于，包括：

网络通讯模块，连接上位机，用于接收所述上位机的控制指令、以及将所述控制器的处理数据发送给所述上位机；

至少一路电机驱动控制模块，连接对应轴的电机功率驱动与信号采集电路，用于完成对应轴交流伺服电机的位置、速度和电流伺服控制；

至少一路片上共享RAM模块，用于实现主处理器和所述电机驱动控制模块中的从处理器之间的数据交互；

EPCS控制器，连接外部的EPCS串行配置器件，用于实现FPGA配置文件、以及主处理器和所述电机驱动控制模块中的从处理器的软件代码存储；

片上RAM模块，用于实现主处理器的程序和数据运行空间；

主处理器，用于提供所述控制器的框架，并集成上述各模块，调用执行各模块的任务；

所述电机驱动控制模块，包括：

电流环伺服控制IP核模块，用于实现对应轴的电机电流矢量控制算法，以及位置、速度、电流信号检测和处理算法；

从处理器，用于实现对应轴的电机位置和速度闭环控制算法、闭环参数配置、多种对外接口、故障和保护处理等功能；

MUTEX核模块，用于实现所述主处理器与所述从处理器对所述片上共享RAM模块的互斥操作；

片上RAM模块，用于实现所述从处理器的程序和数据运行空间；

所述电流环伺服控制IP核模块，包括：

总线接口模块，用于实现与所述从处理器之间的通讯，接收所述从处理器发送的配置信息、电流指令(i_d*、i_q*)，并回传给所述从处理器相关的状态变量(θ_m、ω)和状态信息；

编码器反馈处理模块，用于接收外部的位置反馈元件的反馈信号，并将所述反馈信号进行处理后输出电角度信息(θ_e)和机械角度信息(θ_m)；

AD采样控制模块，用于控制外部多通道AD转换器的启动/停止，从所述AD转换器获取电压和电流采样值；

电压电流调理模块，接收所述AD采样控制模块输出的电压和电流采样值，对所述电压和电流采样值进行调理运算，输出直流母线电压调理值(u_dc)和绕组电流调理值(i_a、i_b)；

CORDIC模块，接收所述编码器反馈处理模块输出的电角度信息(θ_e)，对所述电角度信息进行正余弦计算，输出电角度的正余弦值(sinθ_e、cosθ_e)；

Clark变换模块，将所述电流调理模块输出的电流调理值(i_a、i_b)进行Clark变换，输出两相α-β静止坐标系下的电流值(i_α、i_β)；

Park变换模块，将来自所述CORDIC模块输出的电角度正余弦值(sinθ_e、cosθ_e)以及所述Clark变换模块输出的两相α-β静止坐标系下电流值(i_α、i_β)进行Park变换，输出两相d-q同步旋转坐标系下电流反馈信号(i_d、i_q)；

PI调节器，将来自所述总线接口模块的给定电流指令(i_d*、i_q*)以及所述Park变换模块输出的两相d-q同步旋转坐标系下电流反馈信号(i_d、i_q)分别进行PI调节，输出两相d-q同步旋转坐标系下参考电压矢量(u_d、u_q)；

iPark变换模块，将来自所述CORDIC模块输出的电角度正余弦值(sinθ_e、cosθ_e)以及所述PI调节器输出的两相d-q同步旋转坐标系下参考电压矢量(u_d、u_q)进行Park逆变换，输出两相α-β静止坐标系下参考电压矢量(u_α、u_β)；

直流母线电压补偿模块，将所述iPark变换模块输出的两相α-β静止坐标系下参考电压矢量(u_α、u_β)按实际直流母线电压调理值(u_dc)和额定电压的比值进行补偿计算，输出补偿后的两相α-β静止坐标系下参考电压矢量(u_α__comp、u_{β_comp})；

SVPWM产生模块，接收所述直流母线电压补偿模块输出的补偿后两相α-β静止坐标系下参考电压矢量(u_α__comp、u_{β_comp})，进行计算后输出六路PWM信号给对应轴的功率逆变器的功率开关；

M/T测速模块，用于将所述机械角度信息(θ_m)转换为速度反馈值(ω)；

时序调度模块，调度所述AD采样控制模块、所述电压电流调理模块、所述CORDIC模块、所述Clark变换模块、所述Park变换模块、所述PI调节器、所述iPark变换模块、所述直流母线电压补偿模块、所述SVPWM产生模块的时序，按照一定的顺序完成伺服电机电流环控制；

IP核模块所包含的上述各个模块均用硬件语言Verilog HDL进行描述；

所述的从处理器，其软件功能包括：首先以固定频率读取所述片上共享RAM模块的交互数据、以及所述电流环伺服控制IP核模块输出的相关状态变量(θ_m、ω)和状态信息，然后执行对应轴的电机位置和速度闭环控制算法，并根据计算结果设置所述总线接口模块的配置信息、电流指令(i_d*、i_q*)；此外所述从处理器还具有自动增益整定、电机及负载参数辨识、闭环参数配置、多种对外接口、故障和保护处理等软件功能。