[发明专利]直接驱动阀用永磁直线音圈电机的全数字驱动控制器

权利要求书

1.一种直接驱动阀用永磁直线音圈电机的全数字驱动控制器，其由数字控制器、功率电路、信号检测电路三部分组成，其特征在于：

所述的数字控制器电路包括：32位浮点DSP，SPI接口、SCI接口，现场可编程逻辑器件FPGA；外部Flash ROM；

所述的功率电路包括：高速光耦隔离电路，由智能功率模块IPM构成的H桥功率主电路；

所述的信号检测电路包括：A/D转换器，多路模拟开关，用于检测动圈绕组电流的霍尔式电流传感器，用于检测动圈位置的非接触式电涡流位移传感器，以及模拟信号的放大及有源滤波电路；

其中，DSP作为主控制器，负责整个全数字驱动控制器的任务调度；首先，DSP通过SPI接口或SCI接口读取上位机发送的给定动圈位置的数字量，并通过读取在FPGA内部实现的双端口RAM得到动圈位置的数字量，利用位置环控制算法通过计算得到电流环的电流给定值并将电流环的电流给定值发送给在FPGA内部实现的双端口RAM；

FPGA通过分时控制外部的A/D转换器和多路模拟开关完成对动圈位置反馈信号和动圈绕组电流反馈信号的采样；

FPGA将采样得到的动圈位置反馈信号和动圈绕组电流反馈信号的数字量，写入在FPGA内部通过硬件描述语言VHDL编程实现的一个双端口RAM，DSP与FPGA利用该双端口RAM实现数据交换；

利用FPGA通过硬件描述语言VHDL编程实现的一个数字PI调节器，来完成动圈绕组电流的闭环控制；FPGA从双端口RAM中读取动圈绕组电流指令和动圈绕组电反馈信号的数字量，利用所述的数字PI调节器计算得到PWM控制信号的占空比；

在FPGA中通过硬件描述语言VHDL编程来实现增减计数器、比较寄存器和比较器，并通过该增减计数器、比较寄存器和比较器形成PWM信号产生模块，产生PWM波；

所述的PWM信号产生模块接收数字PI调节器计算得到的PWM控制信号的占空比，并将其转换为相应的双极性PWM控制信号；该双极性PWM控制信号经过光耦隔离来驱动由智能功率模块IPM构成的H桥功率主电路，产生永磁直线音圈电机驱动所需的动圈电流，来实现对永磁直线音圈电机的动圈位置的高频率响应、高精度控制；

其中，所述的信号检测电路，首先，利用霍尔式电流传感器和非接触式电涡流位移传感器将要检测的动圈绕组电流及动圈位置的转换成相应的电压信号；其次，利用模拟信号的放大及有源滤波电路完成对电流传感器和位移传感器输出的模拟电压信号的放大及有源滤波；然后，模拟信号放大及有源滤波电路输出的两路模拟信号经过多路模拟开关与A/D转换器相联；最后，多路模拟开关与A/D转换器在FPGA的分时控制下完成对动圈绕组电流及动圈位置的数字采样。

2.根据权利要求1所述的直接驱动阀用永磁直线音圈电机的全数字驱动控制器，其特征在于：该位置环控制算法采用了基于负载扰动观测器的前馈控制和非线性PID控制相结合的复合控制算法；其中负载扰动观测器采用现代控制理论中的龙博格观测器来实现，非线性PID控制采用位置偏差信号的非线性组合来实现。

3.根据权利要求1所述的直接驱动阀用永磁直线音圈电机的全数字驱动控制器，其特征在于：所述的A/D转换器为14位逐次比较型A/D转换器。

4.根据权利要求1所述的直接驱动阀用永磁直线音圈电机的全数字驱动控制器，其特征在于：所述的多路模拟开关为四通道多路模拟开关。

5.根据权利要求1所述的直接驱动阀用永磁直线音圈电机的全数字驱动控制器，其特征在于：所述的模拟信号的放大及有源滤波电路，包括采用高精度、高共模抑制比的仪器放大器和精密变阻器组成的差分比例放大电路，以及采用仪器放大器和高精度、低温度系数的独石电容和精密电阻组成的一阶有源滤波电路。