一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统
阅读：1029发布：2020-08-30
专利汇可以提供一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，该系统包括功率驱动 电路 、系统 采样 电路、DSP控制单元、输出电路。本实用新型将从理论上证明出能使得同步误差唯一收敛到零的条件，为相邻交叉耦合同步方式应用于多轴同步系统提供理论依据，针对多轴同步系统强鲁棒性和工程实用性的控制要求，以永磁同步 电机 为执行器，分别设计了基于滑模变结构的单轴跟随 控制器 和同步误差控制器，实现了对外部扰动不灵敏以及工程实现简单的要求，针对多轴同步控制系统实现的问题，设计了基于数字 信号 处理器的同步控制实验系统，提出了 硬件 和 软件 的总体设计方案，对于多轴同步控制的理论以及工程技术的应用具有较为重要的参考价值和指导意义。，下面是一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统专利的具体信息内容。
1.一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，其特征在于，该基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统包括功率驱动电路、系统采样电路、DSP控制单元、输出电路；
功率驱动电路包括变频器和电机，变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器，电机包括第一电机、第二电机、第三电机；
系统采样电路包括光电编码器、光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路，光电编码器包括第一光电编码器、第二光电编码器、第三光电编码器，光电隔离电路包括第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、第三光电隔离电路；
DSP控制单元包括DSP芯片和外围电路；
输出电路包括D/A转换电路，单模拟通道转多模拟通道电路，线性光电隔离电路，单模拟通道转多模拟通道电路包括多路开关、第一保持器、第二保持器、第三保持器；线性光电隔离电路包括第一线性光电隔离电路、第二线性光电隔离电路、第三线性光电隔离电路；
第一变频器、第一电机、第一光电编码器、第一光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第一保持器、第一线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路；
第二变频器、第二电机、第二光电编码器、第二光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第二保持器、第二线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路；
第三变频器、第三电机、第三光电编码器、第三光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第三保持器、第三线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路；
所述第一变频器、第二变频器、第三变频器均设置有变频器旁路装置；变频器旁路装置，包括：第一刀闸，第二刀闸，第一真空接触器，第二真空接触器，第三真空接触器和高压断路器；所述第一刀闸以及所述第三真空接触器连接高压断路器的同一端，所述第一刀闸还连接所述第一真空接触器，所述第一真空接触器的一端连接所述第一刀闸，所述第一真空接触器的另一端连接所述变频器的变压器输入端，所述第二真空接触器的一端连接所述变频器的功率单元输出端，所述第二真空接触器的另一端连接所述第二刀闸。
2.如权利要求1所述的基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，其特征在于，电机连接所述第二刀闸以及所述第三真空接触器，所述第一刀闸，所述第二刀闸，所述第一真空接触器和所述第二真空接触器均位于变频部分，所述第三真空接触器位于工频部分，所述变频器的变压器的一端连接所述第一真空接触器，所述变频器的输出单元的另一端连接所述第二真空接触器，
变频器旁路装置还包括：输入电压接口，输入电流接口，输出电流接口，输出电压接口，串行端口，光纤输出端口和光纤输入端口，输入电压接口。
3.如权利要求1所述的基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，其特征在于，所述光电编码器安装在电机上，光电编码器为增量式光电编码器，增量式光电编码器包括内部的码盘、内部的码盘上均匀地刻着许多的光栅条和记录编码器。
4.如权利要求1所述的基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，其特征在于，所述光电隔离电路为HCPL2630光电耦合器，扩展正交解码电路设置有扩展正交解码接口，所述电平转换电路包括8位的SN74VLTH245电平转换芯片。
5.如权利要求1所述的基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，其特征在于，所述D/A转换电路与DSP控制单元集成在DSP控制板上。
6.如权利要求1所述的基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，其特征在于，所书DSP芯片为TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片上集成有EVA、EVB两个事件管理器和12位
16通道的AD转换器，外围电路集成有电源接口、晶振、复位电路、拨码开关和LED、存储器接口、CPLD逻辑单元、总线扩展接口、串行通信接口。
7.如权利要求1所述的基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，其特征在于，所述D/A转换电路包括DA转换芯片，DA转换芯片为单极性、两通道、串行数据输入的八位数模转换器；
单模拟通道转多模拟通道电路中多路开关为CD4051八通道的数字控制模拟电子开关、第一保持器、第二保持器、第三保持器均为LF398为模拟信号存储器；LF398为模拟信号存储器与集成在单模拟通道转多模拟通道电路上的电容CH连接；
第一线性光电隔离电路、第二线性光电隔离电路、第三线性光电隔离电路均设置有HCNR201光耦芯片。
一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于多轴同步控制设备技术领域，尤其涉及一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统。
背景技术
[0002] 目前，近年来，关于多轴同步控制的研究受到越来越多的关注，同时，多轴同步控制已广泛应用于工业生产领域，解决了许多工程中的实际问题，获得了很大的经济效益。然而，多轴同步系统是一个多变量、非线性的模型，因此对系统的控制提出了更高的要求。
[0003] 目前多轴同步控制的方法存在问题，相邻交叉耦合同步控制收敛性存在不足，多轴同步控制系统存在不完善。
[0004] 目前，随着社会生产力的发展，作为一种新型产品，高压变频器被广泛地用于火力发电厂、石油、化工、自来水、矿山、及冶金等众多行业内高压电机调速、节能、软启动及智能化控制。但由于现有变频器大多未配置相匹配的旁路装置，用户方电机在连接高压变频器以后，只能变频运行，不能实现电机工变频的自由切换，一旦变频器发生故障造成停机，用户电机将不能使用，给用户造成经济损失，并且由于现场可能存在的电压瞬间闪变等不稳定因素都可能造成变频器的不必要停机，不能自行启动，只能靠现场运行人员手动启动，大 大降低了高压变频器的利用率及可靠性。发明内容
[0005] 本实用新型为解决现有的相邻交叉耦合同步控制收敛性存在不足，轴的数目与控制复杂度之间存在矛盾，多轴同步控制系统存在不完善的问题而提供一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统。
[0006] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0008] 功率驱动电路包括变频器和电机，变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器，电机包括第一电机、第二电机、第三电机；
[0009] 系统采样电路包括光电编码器、光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路，光电编码器包括第一光电编码器、第二光电编码器、第三光电编码器，光电隔离电路包括第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、第三光电隔离电路；
[0010] DSP控制单元包括DSP芯片和外围电路；
[0011] 输出电路包括D/A转换电路，单模拟通道转多模拟通道电路，线性光电隔离电路，单模拟通道转多模拟通道电路包括多路开关、第一保持器、第二保持器、第三保持器；线性光电隔离电路包括第一线性光电隔离电路、第二线性光 电隔离电路、第三线性光电隔离电路；
[0012] 第一变频器、第一电机、第一光电编码器、第一光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第一保持器、第一线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路；
[0013] 第二变频器、第二电机、第二光电编码器、第二光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第二保持器、第二线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路；
[0014] 第三变频器、第三电机、第三光电编码器、第三光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第三保持器、第三线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路；
[0015] 所述第一变频器、第二变频器、第三变频器均设置有变频器旁路装置，变频器旁路装置，包括：第一刀闸，第二刀闸，第一真空接触器，第二真空接触器，第三真空接触器和高压断路器；所述第一刀闸以及所述第三真空接触器连接高压断路器的同一端，所述第一刀闸还连接所述第一真空接触器，所述第一真空接触器的一端连接所述第一刀闸，所述第一真空接触器的另一端连接所述变频器的变压器输入端，所述第二真空接触器的一端连接所述变频器的功率单元输出端，所述第二真空接触器的另一端连接所述第二刀闸。
[0016] 进一步，电机连接所述第二刀闸以及所述第三真空接触器，所述第一刀闸，所述第二刀闸，所述第一真空接触器和所述第二真空接触器均位于变频部分， 所述第三真空接触器位于工频部分，所述变频器的变压器的一端连接所述第一真空接触器，所述变频器的输出单元的另一端连接所述第二真空接触器，
[0017] 变频器旁路装置还包括：输入电压接口，输入电流接口，输出电流接口，输出电压接口，串行端口，光纤输出端口和光纤输入端口，输入电压接口，用于接收其他设备输入的电压的接口，输入电流，用于接收其它设备输入的电流的接口，输出电流，用于接收其他设备检测的变频器输出电流，输出电压，用于接收其他设备检测的变频器输出电压，串行端口，用于向其它设备提供的串行连接的端口，光纤输出端口，用于向光纤设备输出的端口，光纤输入端口，用于接收光纤设备输入的端口。
[0018] 进一步，所述光电编码器安装在电机上，光电编码器为增量式光电编码器，增量式光电编码器包括内部的码盘、内部的码盘上均匀地刻着许多的光栅条和记录编码器。
[0019] 进一步，所述光电隔离电路为HCPL2630光电耦合器，扩展正交解码电路设置有扩展正交解码接口，所述电平转换电路包括8位的SN74VLTH245电平转换芯片。
[0020] 进一步，所述系统采样电路最左侧部分为光电编码器HEDS-5500的接线端子，两路正交脉冲信号通过串联电阻限流后，接入光电耦合器HCPL2630中进行隔离，最左侧的供电电源和右侧的芯片的供电电源不共地即相互隔离，EN1为高电平，EN2为低电平HCTL-2032和TMS320F2812之间有电平转换芯片 SN74LVTH245，上侧的SN74LVTH245将HCTL-2032中的数据传送至TMS320F2812中，下侧的则将TMS320F2812中的控制信号传送至HCTL-2032中，DIR引脚和 引脚均接地，最左侧和右侧的供电电源端各并联一个0.1uF退耦电容，退耦电容的引线就近连接在集成电路的供电电源和地线之间。
[0021] 进一步，所述D/A转换电路与DSP控制单元集成在DSP控制板上。
[0022] 进一步，所书DSP芯片为TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片上集成有EVA、EVB两个事件管理器和12位16通道的AD转换器，外围电路集成有电源接口、晶振、复位电路、拨码开关和LED、存储器接口、CPLD逻辑单元、总线扩展接口、串行通信接口。
[0023] 进一步，所述D/A转换电路包括DA转换芯片，DA转换芯片为单极性(正极性)、两通道、串行数据输入的八位数模转换器；
[0024] 单模拟通道转多模拟通道电路中多路开关为CD4051八通道的数字控制模拟电子开关、第一保持器、第二保持器、第三保持器均为LF398为模拟信号存储器；LF398为模拟信号存储器与集成在单模拟通道转多模拟通道电路上的电容CH连接；
[0025] 第一线性光电隔离电路、第二线性光电隔离电路、第三线性光电隔离电路均设置有HCNR201光耦芯片。
[0026] 本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型将针对现有的相邻交叉耦合同步控制收敛性存在的问题，从理论上证明出能使得同步误差唯一收敛到 零的条件，为相邻交叉耦合同步方式应用于多轴同步系统提供理论依据，
[0027] 针对多轴同步系统强鲁棒性和工程实用性的控制要求，以永磁同步电机为执行器，分别设计了基于滑模变结构的单轴跟随控制器和同步误差控制器，实现了对外部扰动不灵敏以及工程实现简单的要求，
[0028] 针对多轴同步控制系统实现的问题，设计了基于数字信号处理器的同步控制实验系统，提出了硬件和软件的总体设计方案，对于多轴同步控制的理论以及工程技术的应用具有较为重要的参考价值和指导意义，多轴同步控制系统解决了轴的数目与控制复杂度之间矛盾的问题。
[0030] 图1是本实用新型提供的基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统变频器的旁路装置示意图。
[0031] 图中：1、高压断路器；2、第一刀闸；3、第二刀闸；4、第一真空接触器；5、第二真空接触器；6、第三真空接触器；7、变频器变压器的输入端。
[0032] 图2是本实用新型提供的基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统示意图；
[0033] 图3是本实用新型提供的采样电路图；
[0034] 图4是本实用新型提供的D/A转换电路图；
[0035] 图5是本实用新型提供的单模拟通道转多模拟通道的电路图；
[0036] 图6是本实用新型提供的线性隔离电路图；
具体实施方式
[0037] 为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
[0038] 如图1所示：一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统的变频器的旁路装置，包括：第一刀闸2、第二刀闸3、、第一真空接触器4、第二真空接触器5、第三真空接触器6；其中，高压断路器1一端连接高压线，另一端连接变频部分的第一刀闸2以及工频部分的第三真空接触器6，第一刀闸2连接第一真空接触器4，第一真空接触器4一端连接第一刀闸
2，另一端连接变频器中变压器的输入端7，变频器变压器的输入端7一端连接第一真空接触器4，另一端连接第二真空接触器5，第二真空接触器5一端连接变频器的中功率单元的输出端7，另一端连接第二刀闸3，另外，电机连接变频部分的第二刀闸3以及工频部分的第三真空接触器6。变频器包括变压器和功率单元，而这2部分都有输入端和输出端，第一真空接触器4下口接变频器中变压器的输入端，功率单元的输出端接第二真空接触器5的上口。这里的变频器中变压器的输入端7和变频器的中功率单元的输出端7在图上都标为7，但是在实际应用中， 这两个可以是不同的。
2，另一端连接变频器中变压器的输入端7，变频器变压器的输入端7一端连接第一真空接触器4，另一端连接第二真空接触器5，第二真空接触器5一端连接变频器的中功率单元的输出端7，另一端连接第二刀闸3，另外，电机连接变频部分的第二刀闸3以及工频部分的第三真空接触器6。变频器包括变压器和功率单元，而这2部分都有输入端和输出端，第一真空接触器4下口接变频器中变压器的输入端，功率单元的输出端接第二真空接触器5的上口。这里的变频器中变压器的输入端7和变频器的中功率单元的输出端7在图上都标为7，但是在实际应用中， 这两个可以是不同的。
[0039] 电机连接所述第二刀闸以及所述第三真空接触器，所述第一刀闸，所述第二刀闸，所述第一真空接触器和所述第二真空接触器均位于变频部分，所述第三真空接触器位于工频部分，所述变频器的变压器的一端连接所述第一真空接触器，所述变频器的输出单元的另一端连接所述第二真空接触器，
[0040] 变频器旁路装置还包括：输入电压接口，输入电流接口，输出电流接口，输出电压接口，串行端口，光纤输出端口和光纤输入端口，输入电压接口，用于接收其他设备输入的电压的接口，输入电流，用于接收其它设备输入的电流的接口，输出电流，用于接收其他设备检测的变频器输出电流，输出电压，用于接收其他设备检测的变频器输出电压，串行端口，用于向其它设备提供的串行连接的端口，光纤输出端口，用于向光纤设备输出的端口，光纤输入端口，用于接收光纤设备输入的端口。
[0041] 变频器的旁路装置的工作原理：当高压进线经第一刀闸、第一真空接触器后接变频器的移相变压器，出线由变频器的功率单元接至第二真空接触器、第二刀闸后接至电机，当第一刀闸/第一真空接触器、第二刀闸、第二真空接触器全部闭合后，电机可变频器运行。当高压进线接第三真空接触器后直接接到电机，当第三真空接触器闭合则电机可直接工频运行。
[0042] 请参阅图2所示：
[0043] 一种基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制系统，该基于滑模变结构的 相邻交叉耦合同步控制系统还包括功率驱动电路、系统采样电路、DSP控制单元、输出电路；
[0044] 功率驱动电路包括变频器和电机，变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器，电机包括第一电机、第二电机、第三电机；
[0045] 系统采样电路包括光电编码器、光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路，光电编码器包括第一光电编码器、第二光电编码器、第三光电编码器，光电隔离电路包括第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、第三光电隔离电路；
[0046] DSP控制单元包括DSP芯片和外围电路；
[0047] 输出电路包括D/A转换电路，单模拟通道转多模拟通道电路，线性光电隔离电路，单模拟通道转多模拟通道电路包括多路开关、第一保持器、第二保持器、第三保持器；线性光电隔离电路包括第一线性光电隔离电路、第二线性光电隔离电路、第三线性光电隔离电路；
[0048] 第一变频器、第一电机、第一光电编码器、第一光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第一保持器、第一线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路；
[0049] 第二变频器、第二电机、第二光电编码器、第二光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第二保持器、第二线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路；
[0050] 第三变频器、第三电机、第三光电编码器、第三光电隔离电路、扩展正交解码电路、电平转换电路、DSP控制单元、D/A转换电路、多路开关、第三保持器、第三线性光电隔离电路依次首尾连接构成循环电路。
[0051] 所述第一变频器、第二变频器、第三变频器均设置有变频器旁路装置，变频器旁路装置，包括：第一刀闸，第二刀闸，第一真空接触器，第二真空接触器和第三真空接触器，所述第一刀闸以及所述第三真空接触器连接高压断路器的同一端，所述第一刀闸还连接所述第一真空接触器，所述第一真空接触器的一端连接所述第一刀闸，所述第一真空接触器的另一端连接所述变频器的变压器输入端，所述第二真空接触器的一端连接所述变频器的功率单元输出端，所述第二真空接触器的另一端连接所述第二刀闸。
[0052] 电机连接所述第二刀闸以及所述第三真空接触器，所述第一刀闸，所述第二刀闸，所述第一真空接触器和所述第二真空接触器均位于变频部分，所述第三真空接触器位于工频部分，所述变频器的变压器的一端连接所述第一真空接触器，所述变频器的输出单元的另一端连接所述第二真空接触器，
[0053] 变频器旁路装置还包括：输入电压接口，输入电流接口，输出电流接口，输出电压接口，串行端口，光纤输出端口和光纤输入端口，输入电压接口，用于接收其他设备输入的电压的接口，输入电流，用于接收其它设备输入的电流的接口，输出电流，用于接收其他设备检测的变频器输出电流，输出电压，用于接收其他设备检测的变频器输出电压，串行端口，用于向其它设备提供的串 行连接的端口，光纤输出端口，用于向光纤设备输出的端口，光纤输入端口，用于接收光纤设备输入的端口。
[0054] 所述光电编码器安装在电机上，光电编码器为增量式光电编码器，增量式光电编码器包括内部的码盘、内部的码盘上均匀地刻着许多的光栅条和记录编码器。
[0055] 光电编码器是用于测量电机的转速或转角的一种光电传感器，它需要与电机同轴连接，电机转动时带动光电编码器旋转，便发出一系列的脉冲信号，由此可计算出电机的转速或转角值。光电编码器一般分为绝对式光电编码器和增量式光电编码器。绝对式光电编码器在其内部的码盘上分层刻着表示角度信息的二进制数码或格雷码，通过光敏接收装置将该数码送入处理器中。增量式光电编码器则在内部的码盘上均匀地刻着许多的光栅条，码盘随着电机的旋转一起转动，通过记录编码器在一定的时间间隔内发出的脉冲序列数，就可以准确地推算出这段时间内的转速。增量式编码器能产生AB两路相位相差90度的正交脉冲序列，这样不仅能计算出电机的转速，还能判断转速的方向，正转时A相超前B相，反转时B相超前A相，超前角度均为90度。
[0056] 本系统的光电编码器是采用AVAGO公司生产的增量式光电编码器，其具体型号为HEDS-5500，具有低功耗，安装简单方便，很宽的温度使用范围，与TTL兼容。采用5V电源供电，提供两路正交脉冲信号，每转产生500个脉冲，经4倍频后将产生2000个脉冲每转，能够提供较高的测速精度要求。
[0057] 为了防止外电路对DSP产生干扰，需对脉冲信号进行光电隔离。本系统采用AVAGO公司的HCPL2630光电耦合器。HCPL2630提供两个通道，方便对两路正交脉冲信号进行隔离；最大波特率为10MBps,是一种典型的高速光电耦合器。
[0058] 所述光电隔离电路为HCPL2630光电耦合器，扩展正交解码电路设置有扩展正交解码接口，所述电平转换电路包括8位的SN74VLTH245电平转换芯片。
[0059] 多轴同步系统中的每一台电机的转速均由光电编码器来测量，所以在多轴同步系统中将需要处理很多路的正交脉冲信号。而一般的处理器是不带正交解码接口的，就算是专为电机控制推出的TMS320F2818也只提供了两路正交解码的接口，而且其引脚是与捕获功能复用的，显然不能够满足多轴同步系统的测速要求，故需要设计正交解码器与DSP的接口。
[0060] 本系统采用AVAGO公司生产的HCTL-2032作为扩展正交解码的接口。HCTL-2032是具有噪声滤波、正交解码、可逆计数、总线接口的一种专用集成电路，时钟周期高达33MHz，可接收两路正交解码脉冲信号，代替了TMS320F2812的事件管理器中的正交解码电路，从而解决了多路正交解码的问题。HCTL-2032提供了1×,2×,4×三种计数方式，其选择方式由EN1、EN2的组合值确定，所以它能实现光电编码器脉冲的倍频。另外，HCTL-2032只有8位的输出数据线，所以其内部的32位计数器的数据需要4次才能读出，其控制方式有SEL1、SEL2、的值决定。
[0061] TMS320F2812的工作电压是3.3V，而HCTL-2032的工作电压是5V,所以两者的工作电平不一样，且TMS320F2812的引脚绝对不能接入5V电压，否则将烧毁整个芯片。为此，需要设计电平转换电路。关于电平转换的常用方法有：
[0062] (1)总线收发器：常用的器件有8位的SN74VLTH245或者16位的SN74LVTH16245,这类器件的特点是需要进行方向控制，会产生3.5nS的延迟，具有32/64mA的驱动能力，只需提供3.3V供电。
[0063] (2)总线开关：常用的器件是10位的SN74CBTD3384或者20位的SN74CBTD16210，它们无需方向控制，只有0.25nS的延迟时间，采用5V电源供电，常用在信号传递方向灵活且负载单一的场合，如双路复用的McBSP等。
[0064] (3)2选1切换器：常用的器件是SN74CBT3257或者SN74CBT16292，该类器件能实现2选1，不需要进行方向控制，存在0.25ns的延迟时间，一般采用5V供电，常用在多路信号切换且要进行电平转换换的场合，如双路复用的McBSP等。
[0065] (4)CPLD：这是采用大规模逻辑器件的方法，虽然控制简单方便，但是存在延迟时间大的问题，通常可达7nS以上，只实用于少量的对延迟要求不高的信号的电平转换。
[0066] (5)电阻分压：此法是采用电阻分压的原理来实现电平的转换，如需5V转3.3V，可选用10KΩ和20KΩ的电阻串联分压，即5V×20÷(20+10)≈3.3V.电阻分压的方法简单，但一般只适用于高压向低压转换。
[0067] 综合考虑本系统设计的要求，选取了第一种作为电平转换的方法。采用8位的SN74VLTH245作为5V到3.3V的电平转换芯片。SN74VLTH245的数据传送方向是DIR和 共同决定的，让DIR和 接地即保持低电平，就可以实现信号从B区向A区传送，也就完成了从5V到3.3V的电平转换。
[0068] 如图3采样电路总图所示：系统的采样电路包括光电编码器，光电隔离电路，扩展正交解码电路以及电平转换电路。这里以两路采样电路为例，
[0069] 最左侧部分为光电编码器HEDS-5500的接线端子，两路正交脉冲信号通过串联电阻限流后，接入光电耦合器HCPL2630中进行隔离。因此，这一块的供电电源和右侧其它芯片的供电电源是不共地的，即它们是相互隔离的。经过隔离后的脉冲信号送入正交解码器HCTL-2032中进行计数，同时为了选择4×的计数模式，需使得EN1为高电平，EN2为低电平，这样在一个周期内正交解码器HCTL-2032就会在时钟的上升沿采样4种状态进行计数。HCTL-2032和TMS320F2812之间有电平转换芯片SN74LVTH245。其中，上侧的SN74LVTH245将HCTL-2032中的数据传送至TMS320F2812中，下侧的则将TMS320F2812中的控制信号传送至HCTL-2032中，这样的数据传送方向是由DIR和 决定的，即让这两个引脚接地保持低电平，就可实现从B区向A区传送数据。另外，在每个集成电路的供电端并联一个0.1uF退耦电容，它用来消除电源波动在芯片电源引脚引起的电压干扰，降低电路中电流冲击的峰值。另外值得注意的是，退耦电容的引线不能太长，且必须就近连接在集成电路的供 电电源和地线之间，否则其退耦作用会大大削弱。
[0070] 所述D/A转换电路与DSP控制单元集成在DSP控制板上。
[0071] 所书DSP芯片为TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片上集成有EVA、EVB两个事件管理器和12位16通道的AD转换器，外围电路集成有电源接口、晶振、复位电路、拨码开关和LED、存储器接口、CPLD逻辑单元、总线扩展接口、串行通信接口。
[0072] DSP是整个多轴同步系统的控制核心，本系统采用北京精仪达盛科技有限公司的EL-DSP-E300系统作为控制单元，其主控芯片为TI公司的TMS320F2812芯片，并配备了大量的外围电路，使得用户能方便地进行二次开发，DSP是数字信号处理的英文简称，它诞生于20世纪80年代。发展到现在，DSP已经在很多领域中得到了广泛的应用，比如工业控制，航空航天，通信设备，医疗设备等等。坐落在美国的德州TI公司是世界上最大的DSP供应商，是DSP产品研发和生产的领导者。而TMS320F2812是TI公司推出的一款目前在国际市场上最先进性，功能最强大，性价比最高的32位定点DSP芯片，其处理速度可高达至150MHz，拥有EVA、EVB两个事件管理器和12位16通道的AD转换器，使得其在运动控制领域占有相当大的份额。
另外，TMS320F2812具有丰富的片内外设，如SCI、SPI、eCAN等，是目前各个领域的应用中占主要份额的数字信号处理芯片。表4-1列出了TMS320F2812的主要参数。
另外，TMS320F2812具有丰富的片内外设，如SCI、SPI、eCAN等，是目前各个领域的应用中占主要份额的数字信号处理芯片。表4-1列出了TMS320F2812的主要参数。
[0073] 表4-1TMS320F2812的主要参数
[0074]
[0075] EL-DSP-E300系统的板卡上集成了丰富的外围电路，满足各种应用场合的需求，下面将对各个模块进行简要介绍。
[0076] (1)电源接口：TMS320F2812采用3.3V和1.8V双电源供电。系统中的模拟地和数字地采用分离设计，电压转换电路将开关电源输入的5V电压转换为稳定的3.3V和1.8V,本系统的电压转换芯片采用的是TPS767D318，且此芯片同时还具有电压监测功能，保证了系统的安全运行。
[0078] (3)复位电路：本系统提供上电复位和硬件手动复位两种复位方式。当要进行复位时，必须保证至少有8到10个系统时钟周期，且还要考虑上电晶振的稳定时间等。
[0080] (5)存储器接口：TMS320F2812板卡提供两个零等待周期的数据存储器，存储芯的片型号为ISLV6416.每个存储器的大小为64K,总计提供128k的外部存储空间。另外，在使用系统的开发过程中，尽量优先使用内部的数据存储器，这样可以更好地提高本系统的运行效率。
[0081] (6)CPLD逻辑单元：CPLD是复杂可编程器件的简称，本单元主要用来完成译码工作及资源分配等，采用的是XILINX公司的XC95144-TQ100芯片。
[0082] (7)总线扩展接口：TMS320F2812板卡采用了Techv总线接口，Techv总线接口是北京精仪达盛科技有限公司定义的一种总线接口标准。Techv开发模板可以通过Techv总线级联，开发者可根据其接口的具体定义进行外扩模块的设计，使用非常方便。
[0083] (8)串行通信接口：TMS320F2812板卡上有两个异步串行通信(SCI)接口,可以通过板上的扩展接口同外部主机或其他设备进行通信互联。
[0084] 如图4 D/A转换的电路图所示：DSP只能处理数字信号，而变频器的给定信号是0-5V的模拟电压值，所以必须要进行数模转换(DA转换)。本系统的DA转换芯片是Analog Devices公司生产的AD7303，该芯片是单极性(正极性)、两通道、串行数据输入的八位数模转换器。其串行时钟频率最快可达30MHz,数模转换时间为1.2Us,并采用串行接口和TMS320F2812进行连接。DA的输出信号通过运算放大电路，可以得到0～+5V的输出电压值。
其中，DIN为数字接口数据，SCLK为数字接口位时钟，SYNC为数字接口片选,这三个端子和TMS320F2812的IO相连。另外，可以通过调节电位器来得到所需的模拟电压输出范围。
其中，DIN为数字接口数据，SCLK为数字接口位时钟，SYNC为数字接口片选,这三个端子和TMS320F2812的IO相连。另外，可以通过调节电位器来得到所需的模拟电压输出范围。
[0085] 多轴同步系统中的每一台变频器需要同时接收来自DSP控制单元的指令，而为了降低系统电路的复杂性和节约系统资源，本系统只采用了一个DA转换器，所以必须要进行通道的扩展。由于DSP处理速度非常快，可以分时的发送输出信号，从而完成对多轴的准同时控制。
[0086] 如图5单模拟通道转多模拟通道的电路图所示：在该电路中主要由CD4051、LF398以及电容CH等构成。CD4051是一种八通道的数字控制模拟电子开关，在使能端 接地的情况下，由S0、S1、S2三个二进制地址端控制8个通道的开通与关断，这样可以分时的传送多轴同步系统的各路控制信号电压。在CD4051传送某一轴的控制信号时，其它轴的信号电压需要进行保持。LF398具有采样和保持功能，它实质上是一种模拟信号存储器，在逻辑指令控制下， 对输入的模拟量进行采样和寄存。在使用LF398时还必须接上0.01μF的采样保持电容。CD4051中的S0、S1、S2和3个LF398中的8管脚和TMS320F2812的IO口连接，TMS320F2812通过对这些逻辑接口进行控制，从而实现了使用单个DA转换器输出不同控制信号电压的目的。
[0087] 如图6线性隔离电路所示：由于变频器是一个很强的电磁干扰源，会引起相关电路的信号的畸变，需要进行有效地隔离。而本系统中的变频器接受来自控制电路的模拟量给定信号电压，而模拟信号的隔离通常使用的方法是采用线形光电耦合器进行隔离。线性光电耦合器的隔离原理与普通的非线性光耦没有什么本质区别,它只是在普通的非线性光耦的单发单收模式基础上做出一点改进，变成了单发双收的模式，即一个光发送电路和两个光接收电路，增加的一个光接收电路主要用于反馈。在保证两个光接收电路的非线性特性一样的前提下，就可以通过反馈通路的非线性抵消另一个直接通路的非线性，这样就实现了模拟信号的线性隔离。
[0088] 线性隔离电路中，主要采用了Agilent公司的HCNR201光耦芯片。这种线性光耦可广泛地应用于需要优良的稳定性、线性度以及带宽要求较高的模拟信号隔离场合，如通讯电路、电压或电流检测、开关电源、工业过程控制中的测量或测试等方面。HCNR201的主要技术指标如下：
[0089] (1)传输比例误差约为±5％，线性误差约为±0.05％
[0090] (2)具有直流时大于1兆赫兹的带宽
[0091] (3)具有接近107兆欧的绝缘能力，回路间的分布电容为0.4皮法；
[0092] (4)提供0～15伏的输入/输出范围。
[0093] 由于HCNR201隔离的仅仅是电流，而系统需要隔离电压。因此，可以看出，在输入和输出的通道上，都增加了一个集成运放作为电流/电压转换电路。同时为了使得线性隔离电路只隔离而不放大，需要合理设计相关参数。
[0094] 第一线性光电隔离电路、第二线性光电隔离电路、第三线性光电隔离电路均设置有HCNR201光耦芯片。
[0095] 本实用新型将针对现有的相邻交叉耦合同步控制收敛性存在的问题，从理论上证明出能使得同步误差唯一收敛到零的条件，为相邻交叉耦合同步方式应用于多轴同步系统提供理论依据，
[0096] 针对多轴同步系统强鲁棒性和工程实用性的控制要求，以永磁同步电机为执行器，分别设计了基于滑模变结构的单轴跟随控制器和同步误差控制器，实现了对外部扰动不灵敏以及工程实现简单的要求，
[0097] 针对多轴同步控制系统实现的问题，设计了基于数字信号处理器的同步控制实验系统，提出了硬件和软件的总体设计方案，对于多轴同步控制的理论以及工程技术的应用具有较为重要的参考价值和指导意义，多轴同步控制系统解决了轴的数目与控制复杂度之间矛盾的问题。
[0098] 以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单 修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种单粒子加固有效性系统级验证方法 | 2020-05-08 | 961 |
| 基于以太网的串行控制台接口及其应用方法 | 2020-05-08 | 936 |
| 电子装置、多电脑切换器及其固件更新方法 | 2020-05-08 | 326 |
| 用于优化装置之间的通信路由和网络中的资源重新分配的系统 | 2020-05-08 | 26 |
| 开关电源及其控制装置和环路补偿方法及存储介质 | 2020-05-11 | 207 |
| 一种亚阈值数字电路时序优化方法和系统 | 2020-05-12 | 399 |
| 智能功率积木及基于智能功率积木的分布式空间电源系统 | 2020-05-08 | 760 |
| 一种FPGA高速收发器及其动态控制方法 | 2020-05-08 | 195 |
| 一种处理器 | 2020-05-12 | 777 |
| 控制电路及用于向加热元件递送电力的方法 | 2020-05-11 | 541 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈