[发明专利]一种基于FPGA＋DSP的振镜电机数字控制器

权利要求书

1.一种基于FPGA+DSP的振镜电机数字控制器，其特征在于包括信号处理单元、控制运算单元、电机驱动单元；

信号处理单元，采集位置输入信号、电机电流信号放大滤波后并转换成数字信号，发送给控制运算单元；从被控振镜电机中的位置传感器的输出进行处理，得到与电机实际角度成比例的位置反馈数字信号；

控制运算单元,采用FPGA和DSP实现，FPGA采用并行总线接口将位置输入信号数字信号、位置反馈信号数字信号、电机电流信号数字信号发送给DSP，并对位置反馈信号进行补偿，修正由位置传感器引起的误差；DSP采用引入前馈控制器的电流环、速度环、位置环三环PID控制器，计算得到PWM输出量，将PWM输出量转换为PWM驱动信号至电机驱动单元；

电机驱动单元，将PWM驱动信号隔离输出，用于驱动电机，实现电机的正转或者反转，对流过电机绕组电流进行采样，得到电机电流信号，并转发至反馈给信号处理单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA+DSP的高速振镜电机系统，其特征在于FPGA对位置反馈信号进行补偿的方法为：

利用CORDIC算法求解出当前位置反馈信号角度误差值，再计算出当前位置反馈信号对应的位置传感器理想角度值，将理想角度值与角度误差值相加，即可得到位置传感器实际角度值，即对位置传感器误差进行补偿。

3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA+DSP的高速振镜电机系统，其特征在于角度误差值采用三个正弦函数叠加而成的“电压-角度误差”函数表示。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA+DSP的高速振镜电机系统，其特征在于所述三环PID控制器的传递函数为：

其中，F(s)为前馈控制器传递函数，G_v(s)为速度环闭环传递函数，G_p(s)为位置环控制器传递函数。

5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA+DSP的高速振镜电机系统，其特征在于当位置输入信号为阶跃信号时，所述DSP在采用引入前馈控制器的电流环、速度环、位置环三环PID控制器，计算得到PWM输出量之前，对位置输入信号进行过渡处理，所述过渡处理函数如下：

其中，T₀为过渡过程时间。

6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA+DSP的高速振镜电机系统，其特征在于所述三环PID控制器具有温度补偿功能，预先在温箱内标定出不同温度下电流环、速度环、位置环PID控制参数,并分别拟合成关于温度的直线方程，DSP实时采集电机内部温度传感器输出温度数据，利用当前温度下对应控制参数进行计算。

7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA+DSP的高速振镜电机系统，其特征在于DSP与FPGA高速数据通信方法为：将FPGA作为DSP的外部SRAM，通过DSP的外部接口将FPGA的地址空间映射到DSP的地址空间，实现数据通信。

8.根据权利要求1所述的一种基于FPGA+DSP的高速振镜电机系统，其特征在于所述位置传感器为光电池传感器，光电池传感器包括LED光源、阻挡蝶形体和交叉耦合的光电阵列；

光源、阻挡蝶形体、光电阵列三者与电机转轴同轴固定连接，LED光源发出的平行光部分被阻挡蝶形体遮挡，其余照射在光电阵列上，光电阵列受到光照产生光电流，其产生的电流强度与受到光照的面积成正比，光电阵列包括交叉耦合的四个窗口，记为第一窗口a1、第二窗口a2、第三窗口b1、第四窗口b2，第一窗口a1、第二窗口a2相连接，为第一光电阵列A，产生第一光电流Ia并输出；第三窗口b1、第四窗口b2相连接，为光电阵列B，产生第二光电流为Ib并输出；当电机转动时，阻挡蝶形跟随电机转轴转动，改变第一光电阵列A和第二光电阵列B接受光照的面积，第一光电流Ia、第二光电流Ib之差的变化与电机转动角度成线性关系。