本发明专利技术的目的在于提供一种用于多电机驱动的芯片控制系统，包含总控制模块、数据处理模块和FOC控制模块，且上述三个模块均集成在ASIC芯片上。总控制模块内部含有周期计数器，用于对FOC控制模块及数据处理模块进行时序控制。该种用于多电机驱动的芯片控制系统通过时序控制，从而实现多电机之间并行运行。与通过增加相应的模块和电路的方法进行多电机控制相比，该种控制系统占用面积更小，所需的硬件资源更低，控制算法更简单，运行效率更高。运行效率更高。运行效率更高。
【技术实现步骤摘要】
一种用于多电机驱动的芯片控制系统
[0001]本专利技术涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种多电机驱动控制算法设计。
技术介绍
[0002]近年来，随着工业的发展，在如多轴机器人、自动化机床、军用导弹舵机、相控阵列天线等多个相关领域，都需要在有限空间下实现多轴伺服电机的高精度位置、速度控制。目前，常规的电机控制方案大多采用微控制器(MCU)来实现，且大部分MCU只能同时控制1～2台交流伺服电机。普通48MHz主频的32位MCU执行一次伺服同步电机矢量控制和转子位置估计时间可能超过30us。若要实现大于2台电机高精度控制，由于MCU资源不够，处理器计算能力不足，往往需要多块MCU并联，导致系统成本高，且多电机同步、高精度控制受到限制。
[0003]专利申请号为CN202122072489.1提出一种电机运行控制专用ASIC芯片系统和电机运行系统，该申请提供的电机运行控制专用ASIC芯片系统利用ASIC芯片对电机的控制参数信息，结合专业的PID闭环调节、占空比转换和三相逆变电路对电机的运行电流直接进行调控，相比于传统技术中利用MCU直接控制电机运行的方法更加专业和可靠。亦可适用于多个电机控制，只需增加相应的模块及电路即可。
[0004]然而通过增加模块及电路数量，虽然可以实现多轴电机控制，但同样会延长该系统的运算处理时间，增大运行功耗并会占用较大面积，无法实现集成度高、运行效率快、功耗低的要求。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的是提供一种用于多电机驱动的芯片控制系统，在能够实现多轴电机控制的基础上，还能缩小芯片面积，提高集成度和运行效率。
[0006]本专利技术通过以下技术方案得以实现：
[0007]一种用于多电机驱动的芯片控制系统，其特征在于，包含总控制模块、数据处理模块和FOC控制模块；
[0008]所述FOC(Field
‑
Oriented Control)控制模块是一种用于交流电机控制的技术。它也被称为矢量控制或磁场定向控制。所述FOC控制模块的主要目标是实现对交流电机的精确控制，使其能够以高效率和高性能运行。所述总控制模块发出控制信号给所述数据处理模块以及所述FOC控制模块的输入端，所述总控制模块内部含有周期计数器，用于对所述FOC控制模块及所述数据处理模块进行时序控制；
[0009]所述数据处理模块接收由用户设定的电机的初始参数信息以及由所述总控制模块发出的所述控制信号，并对所述初始参数信息进行标幺化处理，输出标幺后参数信息给所述FOC控制模块；
[0010]所述FOC控制模块的输入端与所述总控制模块和所述数据处理模块的输出端连接，将由所述数据处理模块发送的所述标幺后参数信息，通过矢量PWM调制，生成多段PWM信号输出，来控制多个电机的角速度和转矩。
[0011]所述总控制模块输入为外部给定启动和停止信号，以控制电机的启动和停止。总控制模块接收到外部启动信号后，向所述数据处理模块以及所述FOC控制模块发出控制信号。控制信号包含使能信号、复位信号和时钟信号。所述总控制模块中含有周期计数器，时钟信号以上升沿触发递增，在同一时刻点或不同时刻点对所述数据处理模块以及所述FOC控制模块进行时序控制。
[0012]所述数据处理模块的接收端接收所述总控制模块发出的控制信号以及由用户设定的电机初始参数信息，所述电机初始参数信息包括额定电压、额定电流、额定角速度等信息。所述数据处理模块对所述电机初始参数信息进行标幺化处理。标幺化处理是现有技术中数据处理的一种方式，在标幺化处理中，所述电机初始参数信息被除以一个基准值，从而将其转化为所述标幺后参数信息输出给所述FOC控制模块。基准值可以由用户按实际情况指定，也可以公式计算得到。所述标幺后参数信息包括d轴电流值ld1、q轴电流值lq1和角速度值ω。标幺化处理可以消除参数信息中量纲和单位的影响，使得不同参数信息之间可以进行直接比较，以达到良好的电机控制。
[0013]所述FOC控制模块的输入端接收所述总控制模块发出的控制信号，以及所述数据处理模块发送的标幺后参数信息。同时，所述FOC控制模块内部含有ADC采样模块，用于采集电机运转时实际的电流信号。所述FOC控制模块通过矢量脉宽调制(PWM)，生成多段经过调制后的PWM信号对电机角速度、转矩进行控制。所述PWM信号是一种调节信号的技术，通过改变信号的脉冲宽度来控制输出信号的平均功率。
[0014]所述总控制模块、所述数据处理模块和所述FOC控制模块均集成在ASIC芯片上。ASIC芯片是指专用集成电路(Application
‑
Specific Integrated Circuit)芯片，与通用处理器如MCU相比，ASIC芯片可以提供更高的集成度和更高的性能。该种用于多电机驱动的芯片控制系统通过时序控制，从而实现多电机之间并行运行。与通过增加相应的模块和电路的方法进行多电机控制相比，该种控制系统占用面积更小，所需的硬件资源更低，控制算法更简单，运行效率更高。
[0015]作为本专利技术的优选，所述FOC控制模块包含d轴电流环PI控制器、q轴电流环PI控制器、速度环PI控制器以及与所述速度环PI控制器的输出端连接的单刀双掷开关；
[0016]所述d轴电流环PI控制器接收经所述数据处理模块发出的d轴电流值ld1，输出d轴电压控制信号；
[0017]所述单刀双掷开关处在第一闭合点时，所述q轴电流环PI控制器接收经所述数据处理模块发出的q轴电流值lq1，输出q轴电压控制信号；
[0018]所述单刀双掷开关处在第二闭合点时，所述数据处理模块发出的角速度值ω，经所述速度环PI控制器转换后输出q轴电流值lq1，由所述q轴电流环PI控制器的输入端接收。
[0019]所述数据处理模块发出的所述标幺后参数信息包括d轴电流值ld1、q轴电流值lq1和角速度值ω。在电机控制中，d轴和q轴是用于描述电机转子磁场与定子磁场之间相对位置的坐标轴。
[0020]所述d轴电流环PI控制器用于接收d轴电流值ld1及电机d轴实际电流反馈信号，输出d轴控制电压信号以控制电机的转矩；所述电机d轴实际电流反馈信号是由所述FOC控制模块中的ADC采集模块采集后，再经坐标变换模块换算得到的。本领域技术人员依靠本实施例的文字解释可以实现，在本文不做具体赘述。
[0021]所述q轴电流环PI控制器的输入端与所述单刀双掷开关连接，用于接收q轴电流值lq1及电机q轴实际电流反馈信号，输出q轴控制电压信号以控制电机的角速度。所述电机q轴实际电流反馈信号同样，是由FOC控制模块中的ADC采集模块采集后，再经坐标变换模块换算得到的。本领域技术人员依靠本实施例的文字解释可以实现，在本文不做具体赘述。
[0022]所述d轴电流值ld1由用户设定后经所述数据处理模块输出。所述q轴电流值lq1有两路输出可供选择：当所述单刀双掷开关处在第一闭合点时，所述q轴电流值lq1由所述数据处理模块直接输出；当所述单刀双掷开关处在第二闭合点时，所述数据处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于多电机驱动的芯片控制系统，其特征在于，包含总控制模块、数据处理模块和FOC控制模块；所述总控制模块发出控制信号给所述数据处理模块以及所述FOC控制模块的输入端，所述总控制模块内部含有周期计数器，用于对所述FOC控制模块及所述数据处理模块进行时序控制；所述数据处理模块接收由用户设定的电机的初始参数信息以及由所述总控制模块发出的所述控制信号，并对所述初始参数信息进行标幺化处理，输出标幺后参数信息给所述FOC控制模块；所述FOC控制模块的输入端与所述总控制模块和所述数据处理模块的输出端连接，将由所述数据处理模块发送的所述标幺后参数信息，通过矢量PWM调制，生成多段PWM信号输出，来控制多个电机的角速度和转矩。2.根据权利要求1所述的一种用于多电机驱动的芯片控制系统，其特征在于，所述FOC控制模块包含d轴电流环PI控制器、q轴电流环PI控制器、速度环PI控制器以及与所述速度环PI控制器的输出端连接的单刀双掷开关；所述标幺后参数信息包括d轴电流值ld1、q轴电流值lq1和角速度值ω；所述d轴电流环PI控制器接收经所述数据处理模块发出的d轴电流值ld1，输出d轴电压控制信号以控制电机的转矩；所述单刀双掷开关处在第一闭合点时，所述q轴电流环PI控制器接收经所述数据处理模块发出的q轴电流值lq1，输出q轴电压控制信号以控制电机的角速度；所述单刀双掷开关处在第二闭合点时，所述速度环PI控制器接收由所述数据处理模块发出的角速度值ω，转换成q轴电流值lq2，输出给所述q轴电流环PI控制器的输入端。3.根据权利要求2所述的一种用于多电机驱动的芯片控制系统，其特征在于，所述速度环PI控制器的输入端连接有用于控制角速度变化的速度给定模块。4.根据权利要求2所述的一种用于多电机驱动的芯片控制系统，其特征在于，所述速度环PI公式如下：其中，i
q
为所述速度环PI控制器输出的所述标幺后q轴额定电流信号，e
speed
(k)为角速度第k拍误差值，e
speed
(i)为角速度积分误差，K
p_speed
,K
i_speed
为调节参数,K
p_speed
,K
i_speed
的计算公式如下：其中，f
sb
为角速度环带宽，T
speedloop
为角速度环积分时间，中间变量k
i
和角速度环相速表达式如下：
其中，J表示电机转动惯量，PM表示角速度环相位裕度，P表示电机极对数，ψ
f
为电机磁链。5.根据权利要求2所述的一种用于多电机驱动的芯片控制系统，其特征在于，所述d轴电流环PI控制器、所述q轴电流环PI控制器的公式如下：电流环PI控制器、所述q轴电流环PI控制器的公式如下：其中，u
【专利技术属性】
技术研发人员：吴春，施淑娟，成凤敏，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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