[发明专利]一种基于FPGA芯片的多轴交流伺服电机的控制系统

说明书

本发明属于交流伺服电机控制相关技术领域，并公开了一种基于FPGA芯片的多轴交流伺服电机的控制系统。其包括多轴交流伺服电机、轨迹发生器、轨迹及伺服控制模块、电机调节与驱动模块和三相逆变器，轨迹及伺服控制模块包括多个并行的交流伺服电机，轨迹发生器向每个交流伺服电机模块提供电机位移参考值；电机调节及驱动模块采集所有交流伺服电机模块的实际两相电流，输出每个交流伺服电机模块的脉冲信号，并将该脉冲信号传递给每个电机的三相逆变器。通过本发明，综合流水线和分时复用思想，综合考虑芯片资源利用率和程序运算周期，实现多轴电机的同步控制；实现电机在不同模式下的切换，并实现分组电机协调控制，满足多轴驱动的多种应用需求。

技术领域

本发明属于交流伺服电机控制相关技术领域，更具体地，涉及一种基于FPGA芯片的多轴交流伺服电机的控制系统。

背景技术

多轴伺服驱动器的实现方式主要包括基于软件如DSP的方式以及基于FPGA的硬件方式，由于软件执行的串行方式，限制多轴控制的时间和资源，难以实现高性能控制，并且对于多电机控制，常规做法是一个伺服驱动器控制一个电机，就需要用到多个伺服驱动器进行控制，不利于成本控制和系统集成。

专利CN201210253149.1基于FPGA的多轴伺服电机电流环控制系统及控制方法中公开了该系统包括设置在FPGA上的并行总线通讯模块、AD采样模块、矢量变换模块、复矢量调节器、编码器反馈信号处理模块、正余弦计算模块、SVPWM运算模块、PWM标准输出模块、时序规划模块和电流调节器模块，运用了时分复用思想，独立完成多电机电流环的同步控制，分时复用思想可以节省资源，但是考虑每个模块执行需求时间不同，故而会使总体控制时间加长，并且单纯电流环，所实现功能需求有限；专利CN201810772424.8中公开了一种基于多处理器片上系统的多轴伺服驱动控制器，其中具体公开了在FPGA芯片中，集成了网络通讯模块、至少一路片上共享RAM、EPCS控制器、片上RAM、主处理器等，单轴电机独立控制，复制多个电机驱动控制模块以实现多轴电机控制，单轴控制系统的单纯复制，以实现多轴控制，不能高效利用资源和执行时间。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于FPGA芯片的多轴交流伺服电机的控制系统，通过整个控制系统的结构设置实现交流伺服电机的同步控制，在考虑芯片利用资源的情况下，利用流水线和分时复用思想，尽可能减小环路计算周期；同时也可通过FPGA并行特点实现多个交流伺服电机的共同协作；也可实现电机不同工作模式的切换。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于FPGA芯片的多轴交流伺服电机的控制系统，该控制系统包括多轴交流伺服电机、轨迹发生器、轨迹及伺服控制模块、电机调节与驱动模块和三相逆变器，其中：

所述多轴交流伺服电机包括多个并行的交流伺服电机；

所述轨迹发生器与所述轨迹及伺服控制模块连接，用于为多个并行的交流伺服电机提供相应的位移参考值θ_ref；

所述轨迹及伺服控制模块一端与所述轨迹发生器连接，另一端与所述电机调节与驱动模块连接，该轨迹及伺服控制模块的输入是所述轨迹发生器提供的交流伺服电机的位移参考值θ_ref，输出是交流伺服电机的q轴参考电流i_q^*和d轴参考电流以及每个交流伺服电机的实际位移量的正余弦计算值；