【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机控制系统，尤其涉及一种基于fpga的耐辐照电机控制系统及其控制方法。
技术介绍
1、在核能工业的产业发展和应用过程中，核燃料的生产作业过程存在高放射性核辐射。在辐射环境中，有许多放射性射线和粒子，比如伽马射线和中子辐射，这些射线和粒子会对电子电路和集成电路造成很大的损害，导致电路无法正常工作。核工业设施中的关键设备、核心区域的机械传动系统或机械设备的搬运等，都离不开耐辐照的电机控制系统。在辐射场景中的视频摄像机的云台转动系统、用于搬运的机器人、机械臂等等，都要求其控制系统能够稳定可靠的工作在耐辐照区域。
2、在传统电机控制的实现方案中，一般采用微控制器芯片。普通的微控制器芯片工作在辐照区域中容易产生逻辑错误，导致芯片无法正常工作。传统实现方案在实际应用中需要较厚的高比重金属材料作为壳体保护微控制器芯片和驱动电路不受辐射干扰，这样做的结果会导致整体设备的重量和体积急剧增大并且耐辐照效果得不到保证。采用反熔丝工艺的耐辐照fpga和具有较高vgs阈值电平的碳化硅器件自身有较强的耐辐照能力，目前，耐辐照fpga控制碳化硅器件驱动步进电机的研究较少。另外从原理上来看，控制碳化硅器件在开关状态切换时，容易产生瞬间上下驱动管同时开通的情况，导致碳化硅器件损坏。同时，在碳化硅器件关闭一段时间内，如果控制器不驱动碳化硅功率管的自举电路进行充放电，则无法保证驱动电路中的高压区电路稳定正确地工作。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种基于f
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种基于fpga的耐辐照电机控制系统，包括上位机和步进电机，所述上位机与步进电机之间设有耐辐照的电机控制系统，所述电机控制系统由耐辐照fpga模块和碳化硅功率管驱动电路构成，所述上位机与耐辐照fpga模块通过工业总线连接，所述耐辐照fpga模块与碳化硅功率管驱动电路通过系统总线连接，所述碳化硅功率管驱动电路的输出数字控制端与步进电机的驱动电路电性连接；
4、所述耐辐照fpga模块整体由两个金属导电层和设置在两个金属导电层之间的绝缘层构成，所述绝缘层的中部开设有多个孔径大小可调的过孔，且过孔的内部设有反熔丝，所述耐辐照fpga模块包括片上可编程系统sopc和fpga其他逻辑模块，所述片上可编程系统sopc和fpga其他逻辑模块之间通过自定义的耐辐照电机系统总线连接，耐辐照电机系统总线采用地址映射的方式交互传输。
5、优选的，所述片上可编程系统sopc包括通用寄存器、指令缓存存储器、指令异常和中断控制器、地址生产单元、内存管理单元、内存保护单元、数据缓存存储器、算术逻辑单元以及指令存储器、数据存储器、系统总线接口、通用异步收发传输器；
6、所述耐辐照电机系统总线的内部通道包括读写通道、等待状态通道、突发读写通道以及流水线通道；所述读写通道包括读写地址信号、读写数据信号、读写数据使能信号、字节使能信号、响应信号；所述等待通道包括通道锁止信号和等待请求信号；所述突发通道包括突发数据量信号和突发传输开始信号；所述流水线通道包括读数据有效信号和写数据相应有效信号。
7、优选的，所述fpga其他逻辑模块包括顶层例化模块、总线地址选择模块、总线数据解析模块、碳化硅驱动控制模块、pwm信号生成模块以及参数寄存器组；
8、所述参数寄存器组由电机方向寄存器、总步数寄存器、pwm占空比寄存器、电机刹车寄存器、准备阶段延迟寄存器、启动使能寄存器、启动速度寄存器、加速时间寄存器、匀速运动步数寄存器、匀速速度寄存器、减速度寄存器、减速步数寄存器、刹车步数寄存器、刹车加速度寄存器构成，所述参数寄存器组和电机驱动控制模块连接。
9、优选的，所述碳化硅驱动控制模块由电机运动状态机和电机驱动信号生成模块构成，所述机运动状态机包括初始化状态，电机保持状态，电机准备状态，电机启动加速状态，电机匀速运行状态，电机减速停止状态，电机刹车状态；所述电机驱动信号生成模块输出数字控制信号给到碳化硅电机驱动电路。
10、优选的，所述pwm信号生成模块包括占空比寄存器、死区时间寄存器、模式寄存器、频率寄存器、频率计数器、比较器、上下模式计数器、反相器；所述pwm信号生成模块中的充放电计数器在一个步频内拉高约12个时钟周期的hin信号，同时在同一步频内错开时间拉低相同时钟周期数的lin信号，完成碳化硅功率管器件的充放电。
11、优选的，所述步进电机为两相四线制电机。
12、优选的，所述控制方法包括：
13、a、上位机和耐辐照fpga模块通过工业总线连接，上位机将电机控制信息发送到耐辐照fpga模块。
14、b、耐辐照fpga模块中的片上可编程系统sopc通过系统互连总线将接收到控制数据存入存储器。
15、c、片上可编程系统sopc从存储器中取数据到通用寄存器组，再发送到算术逻辑单元上进行计算后写回存储器，确定步进电机运行的部分参数。
16、d、片上可编程系统sopc将写回存储器的数据发送到高速系统总线接口。
17、e、片上可编程系统sopc分配读写地址和使能信号到高速系统总线后和数据按照总线协议发送出去。
18、f、耐辐照fpga模块内总线数据解析模块读取耐辐照电机系统中高速系统总线的数据。
19、g、总线数据解析模块根据数据和地址进行解析，解析出的数据寄存在对应的寄存器中。
20、h、碳化硅驱动控制模块通过接口读取参数寄存器组。
21、i、碳化硅驱动控制模块检测当前状态机状态。
22、j、如果检测到开始信号则进入状态机初始状态，电机运动状态机跳转电机准备状态；
23、如果步数大于1，可能要经历加速，匀速，减速阶段，或者从加速阶段至直接进入减速阶段，取决于加速过程中是否能达到预定的最大速度。
24、如果步数等于1，则直接进入减速阶段后停止。
25、电机运动状态机在加速状态过程中，根据是否达到计算出来最大速度来进行加速还是匀速。
26、k、根据计算结果，进行减速，运行完成指令中的步数。
27、l、电机运动状态机跳转的同时发出pwm启动信号，pwm生成模块根据方向，步数和速度等寄存器计算出当前pwm的占空比和pwm周期。
28、m、pwm占空比寄存器开始计数，同时根据死区时间寄存器与计数器调整计数范围。
29、n、pwm信号生成模块中具有死区控制功能，对占空比分别加减死区时间后进入比较器，与上下模式的计数器比较。比较器2输出的信号再经过反相，最终得到一对互补且避开死区的pwm驱动信号。
30、o、输入驱动pwm信号中的hin信号和lin信号不能同时为高，需要限制拉高hin和lin的时间先后。
31、p、充放电计数器在一个步频内拉高约12个时钟周期的hin本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于FPGA的耐辐照电机控制系统，包括上位机(1)和步进电机(4)，其特征在于，所述上位机(1)与步进电机(4)之间设有耐辐照的电机控制系统，所述电机控制系统由耐辐照FPGA模块(2)和碳化硅功率管驱动电路(3)构成，所述上位机(1)与耐辐照FPGA模块(2)通过工业总线连接，所述耐辐照FPGA模块(2)与碳化硅功率管驱动电路(3)通过系统总线连接，所述碳化硅功率管驱动电路(3)的输出数字控制端与步进电机(4)的驱动电路电性连接；
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的耐辐照电机控制系统，其特征在于，所述片上可编程系统SoPC(201)包括通用寄存器、指令缓存存储器、指令异常和中断控制器、地址生产单元、内存管理单元、内存保护单元、数据缓存存储器、算术逻辑单元以及指令存储器、数据存储器、系统总线接口、通用异步收发传输器；
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的耐辐照电机控制系统，其特征在于，所述FPGA其他逻辑模块(202)包括顶层例化模块、总线地址选择模块、总线数据解析模块、碳化硅驱动控制模块、PWM信号生成模块以及参数寄存器组；
<...【技术特征摘要】
1.一种基于fpga的耐辐照电机控制系统，包括上位机(1)和步进电机(4)，其特征在于，所述上位机(1)与步进电机(4)之间设有耐辐照的电机控制系统，所述电机控制系统由耐辐照fpga模块(2)和碳化硅功率管驱动电路(3)构成，所述上位机(1)与耐辐照fpga模块(2)通过工业总线连接，所述耐辐照fpga模块(2)与碳化硅功率管驱动电路(3)通过系统总线连接，所述碳化硅功率管驱动电路(3)的输出数字控制端与步进电机(4)的驱动电路电性连接；
2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的耐辐照电机控制系统，其特征在于，所述片上可编程系统sopc(201)包括通用寄存器、指令缓存存储器、指令异常和中断控制器、地址生产单元、内存管理单元、内存保护单元、数据缓存存储器、算术逻辑单元以及指令存储器、数据存储器、系统总线接口、通用异步收发传输器；
3.根据权利要求2所述的一种基于fpga的耐辐照电机控制系统，其特征在于，所述fpga其他逻辑模块(202)包括顶层例化模块、总线地址选择模块、总线数据解析模块、碳化硅驱动控制模块、pwm信号生成模块以及参数寄存器...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴正辉，程乔乔，吕焱飞，朱斌才，许文航，罗炎斌，石林，麻晓龙，蒋约鹏，
申请(专利权)人：杭州径上科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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