[实用新型]一种电机控制硬件在回路仿真器

说明书

技术领域

本实用新型涉及教学和科研领域，具体涉及一种面向电机控制算法研究或教学实验的嵌入式应用系统开发平台。

背景技术

目前，教学和科研领域电机控制算法研究与设计逐渐遵循理论研究和系统辨识、数字仿真、算法编制和算法调试的开发模式。通过数字仿真电机控制算法来模拟电机控制性能，可以缩短控制算法开发时间。但是目前数字仿真一般使用美国Mathworks公司的Matlab软件，算法编制一般采用C语言，并在数字信号处理Digital Signal Process(DSP)芯片上运行和验证。其缺点是数字仿真与算法编制环节脱离，Matlab数字仿真得到的控制算法和最优参数不能直接实现硬件在回路仿真、最终自动生成C语言控制算法并下载到DSP上运行和验证。

另外，目前也有数据仿真与算法编制紧密结合的解决方案，如dSpace和Quanser公司的产品。但其价格非常昂贵，且可以下载运行和验证的DSP芯片比较老，功能也少。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，通过硬件在回路仿真器实现在Matlab上开发电机控制算法，利用Matlab软件数字仿真、在线仿真和验证，最终自动生成C语言控制算法并下载到硬件在回路仿真器DSP上运行和验证，完成控制算法开发过程，为此大大缩短算法开发时间、缩减开发成本和提升算法质量。

本实用新型通过这样的技术方案解决上述技术问题的，即设计一种电机控制硬件在回路仿真器，在一块具有Peripheral Component Interconnect(PCI)总线接口的电路板上集成PCI总线协议转换芯片、DSP芯片、双端口存储器、数字输入和输出模块与EEPROM存储器，该电路板卡插入台式计算机的PCI插槽中，硬件在回路仿真器采用PCI总线接口与台式计算机进行高速数据交换，由PCI协议控制模块完成PCI协议转换功能，数字信号处理主要实现输出电机控制信号和输入电机相关参数信号等功能。PCI协议控制模块和数字信号处理模块通过双端口交互数据。台式计算机与数字信号处理模块之间通过中断定时和中断触发实现硬实时通讯功能。

本实用新型的有益效果是，本硬件在回路仿真器使电机控制算法数字仿真和算法编制紧密结合，仿真得到的最优参数和控制算法可自动生成C语言代码，并自动下载到DSP芯片上运行和验证，具有适应范围广、实时性高和造价便宜等特点，大大提升算法质量和降低算法开发难度、缩短算法开发时间、节省劳动力和减少开发成本。本实用新型目前可以仿真交流感应电机、永磁同步电机、直流无刷电机等。

附图说明

下面将结合附图对实用新型作进一步说明，附图中：

图1是硬件在回路仿真器PCI总线接口的电路板。

图2是硬件在回路仿真器工作原理模型及流程图。

图3是模拟信号的输入部分电路框图。

图4是电机控制单元的输出部分电路框图。

图5是扩展数字信号的输入部分电路框图。

图6是扩展数字信号的输出部分电路框图。

具体实施方式

在台式计算机的PCI插槽中插入一块具有PCI总线接口的电路板卡，如图1所示，该卡上集成有PCI总线协议控制模块PCI9052、DSP芯片TMS320LF2812、双端口存储器IDT7143、8位扩展数字输入模块、8位扩展数字输出模块与EEPROM存储器93LC46B。DSP芯片集成12bit模拟输入模块、2路旋转编码信号采集模块、2个电机控制单元EVA和EVB。在DSP芯片上设计的程序使得台式计算机CPU可以实时直接访问DSP芯片内部任何寄存器，通过PCI9052与DSP芯片之间的中断定时和触发来保证Windows操作系统和DSP程序的实时性能，这样可利用具有高性能浮点运算能力的台式计算机CPU实时运算电机控制算法，尤其是可利用Matlab的电机控制算法模块库，最终把电机控制信号实时写入到DSP芯片来控制电机，目前可以保证5000赫兹的调制频率。另外，在DSP芯片上设计的程序支持台式计算机上Matlab自动生成的C语言电机控制算法编译后，自动下载到DSP并运行，如果算法验证成功，到此DSP上电机控制算法开发完毕。利用本硬件在回路仿真器，可以大大加快算法开发速度，并提高算法质量。