基于sopc的伺服控制器的方案研究

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1、基于SoPC的伺服控制器的方案研究代俊锋1，穆欣2（1.北京首科凯奇电气技术有限公司，北京102200；2.北京工业大学，北京100124）摘要：传统伺服控制器中常用的运算芯片是TI公司的28系列芯片，属于ASIC芯片，厂家已为用户提供了一些常用且固定的外设模块，用户不能随意增删或修改其功能。但随着越来越多的专用伺服系统的出现，这些固定的外设资源已经不能适应伺服开发厂商的需要。由此提出了基于SoPC的伺服控制器，使用FPGA芯片来定制所需的CPU软核和需要的外设，将电流环调节器实现硬件化、并且使ADC和SVP等模块实现可定制化，由此满足开发需

2、要。其除了具有SoPC技术本身的优点之外，还实现了传统伺服控制构架无法实现的功能和性能，例如，利用硬件实现MT法速度采样及电流采样均值滤波处理。经验证该设计方案可行且在功能和性能上优于传统伺服控制器构架。.jyqkeresearchofSoPC?basedservocontrollerDAIJunfeng1，MUXin2（1.BeijingShokeCatchElectriccalTechnologyCo.，Ltd.，Beijing102200，China；2.BeijingUniversityofTechnology，Beijing1001

3、24，China）Abstract：ThemonoperationchipintraditionalservocontrollerisTI28serieschipintraditionalservocontroller，onandfixedperipheralmodulesareprovidedbymanufacturersfortheusers，andbutitsfunctionscan’tbeadded，anddeleted，ormodifiedbyusersoptionally.modulesarereachedto，eetthenee

4、dsofdevelopment.TheproposedcontrollerhastheadvantagesofSOPCitself，andcanreal?izethefunctionandperformancethatthetraditionalservocontrolframeplemented.Theverificationresultsprovethatthedesignschemeisfeasible，andbetterthantheframeance.Keyd、反馈fbk、比例增益kP、积分增益kI，输出为pi_out。由此搭建的程

5、序经过DSPBuilder编译后生成VHDL文件，之后集成到QuartusⅡ工程中实现调节功能。1.2SVP模块如图3所示采用包含死区功能的5段空间矢量合成方式，共有8种安全的矢量状态，其中U0（000），U7（111）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流，因此称其为零矢量。另外6种矢量状态分别是U1（001），U3（011），U2（010），U6（110），U4（100），U5（101），它们将360°的电压空间分为60°一个扇区的6个扇区，利用这6个基本有效矢量和2个零矢量，可以合成360°内的任何矢量[4]。利用DSPBuil

6、der绘制的逻辑图如图4所示，其中有一个24b的计数器和3个比较器，将当前计数器及比较器的状态作为输入送入状态机中获得PH1，PH2，PH3三项逻辑值，然后经过死区处理分出SV1，SV1*，SV2，SV2*，SV3，SV3*六路P信号波形。本设计的特点是可根据使用需要，通过T3CMP寄存器修改和调整P周期；如果需要由5段式P改为7段式P，或者由中心对齐式改为边缘对齐式，都是比较容易做到的。1.3电流采样由于选用的Altera的FPGA中没有模拟电路，无法直接实现电流采样，因此需要外加电流采样电路；选用AD公司的AD7478和AD7476采样芯

7、片，利用SPI接口实现电流采样数据的读取。选用最高的20MHz的SPI传输时钟，采样频率为1MHz，另外已经确定了电流环的调节周期为10kHz。因此可知，为了更有效和真实地将相电流读入调节器中，可以在一个电流环调节周期中进行不间断的100次采样，然后将其累加并求出均值，由此可以最大限度地减少因采样时间点选取的不同而导致的电流采样值的失真。这一方案需要在较短的时间内（0.1ms）完成较大的工作量（100次加法运算和1次除法运算），如果是传统伺服控制器构架（例如F2812），靠软件运算来完成，将会耗费大量CPU运算资源而导致其无法有效完成电流环调

8、节工作。而基于SoPC的伺服控制器是利用FPGA的逻辑，由硬件直接实现这一功能，不占用CPU资源，可靠且高效地完成这一工作。1.4编码器信息处理编码器信息处理包括两