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一款实用的嵌入式CPLD的伺服控制卡设计方案

电子设计 2017-12-30 07:33 次阅读

随着先进制造技术的迅速发展,对运动控制的精度要求也越来越高,而运动伺服控制系统的性能很大程度上取决于伺服控制算法,通过运动控制与智能控制的融合,从改进传统的PID控制,到现代的最优控制、自适应控制、智能控制技术,应用先进的智能控制策略达到高质量的运动控制效果,已经成为当前研究的一个热点。

由于运动伺服控制系统中存在负载模型参数的变化,机械摩擦、电机饱和等非线性因素,造成受控对象的非线性和模型不确定性,使得需要依靠精确的数学模型,系统模型参数的常规PID控制很难获得超高精度、快响应的运动轨迹的要求。因此伺服控制系统越来越多采用PID与其他新型控制算法相结合的控制方式,如人工智能与专家系统、模糊控制、人工神经网络遗传算法等,这里设计了一种基于神经网络控制算法的运动伺服控制卡,采用DSP+CPLD的硬件平台,采用单神经元PID与CMAC并行控制的伺服控制算法,通过对伺服电机的控制实现对位置的闭环控制。仿真和实践结果证明,这种运动控制算法有鲁棒性和抗干扰能力。

1 硬件设计

该运动控制卡是以PC机作为主机的运动控制卡,选用DSP作为核心微处理器,卡上集成编码器信号采集和处理电路,D/A输出电路,扩展存储器电路和DSP—PC通信电路。PC机把粗处理的数据通过DSP一PC通信接口传递给运动控制系统,DSP通过对光电编码器反馈信号处理电路的结果分析,计算出与给定位置的误差值,再通过软件位置调节器获得位置控制量,计算出运动速度控制量,产生的输出信号经D/A转换将模拟电压量送给伺服放大器,通过对伺服电机的控制实现对位置的闭环控制。系统的结构框图如图1所示。

选用美国TI公司的16位定点DSPTMS320LF2407A作为运动控制器的核心处理器,地址译码、时序逻辑、编码器信号处理电路用CPLD来完成,用PCI接口芯片实现双口RAM与PC机的通信,双口RAM用来存储和缓冲DSP与PC机间的通信数据,SRAM用来存储运动控制器运行时的程序和数据。

2 控制算法的设计

2.1 控制模型

在运动控制伺服系统中,需要控制的系统参数主要有位置、速度、加速度、输出扭矩/力矩等。传统的位置伺服控制策略是以PID控制为代表,但需依靠精确的数学模型,系统模型参数的变化及非线性因素等都会对常规PID的精确调节产生影响,因而PID对非精确、非线性对象的控制往往难以取得很好的控制效果。

CMAC神经网络具有处理非线性和自学习的特点,而且该控制网络的学习速度快。目前在工业中关于CMAC控制器的结构大都采用常规PD和CMAC并行的控制结构,它在阶跃输入或跟踪方波信号时,具有输出误差小,鲁棒性强等特点,然而在跟踪连续变化信号时,却容易产生过学习现象,进而导致系统的不稳定。为此,设计一种单神经元PID与CMAC复合控制的控制算法,用单神经元PID替代常规PID控制,由神经元来在线调整PID控制参数,利用神经网络的自学习和自适应能力,来改善系统的跟随性能。该算法的构成简单,易于实现,能够适应环境的变化,有较强的鲁棒性。仿真结果证明该算法具有较小的跟随误差,良好的鲁棒性和抗干扰能力,其结构图如图2所示。

2.2 并行控制算法的设计

由图2综合单神经元PID与CMAC控制算法,得到单神经元PID与CMAC并行控制完整的控制算法如下:

其中:η,ξ为网络学习速率;α为惯性系数。

2.3 算法的实现、仿真和结果分析

已知一位置伺服系统的数学模型系统的开环传递函数z变换后的表达式为:

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NCV5106 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧

6是一款高压栅极驱动器IC,提供两路输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或IGBT,采用半桥配置版本B或任何其他高端+低端配置版本A. 它使用自举技术确保正确驱动高端电源开关。驱动程序使用2个独立输入。 NCP5109 = 200V NCP5106 = 600V 特性 高压范围:最高600 V dV / dt抗扰度±50 V / nsec 栅极驱动电源范围为10 V至20 V 高低驱动输出 输出源/灌电流电流能力250 mA / 500 mA 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 输入引脚上的Vcc摆动 匹配传播两个渠道之间的延迟 输入阶段的输出 适应所有拓扑的独立逻辑输入(版本A) 交叉传导保护机智h 100 ns内部固定死区时间(版本B) 在两个通道的Vcc LockOut(UVLO)下 Pin-to-Pin与行业标准兼容 应用 终端产品 半桥电源转换器 全桥转换器 电动助力转向和电机控制 汽车动力转换 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 03:02 74次 阅读
NCV5106 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧

LV8907UW 用于汽车的无传感器三相无刷直流电机控制器 带栅极驱动器

是一款高性能,无传感器的三相BLDC电机控制器,带有集成栅极驱动器,用于驱动外部N-MOSFET。片上两级电荷泵为各种超低RDS(ON)型外部N-MOSFET提供所需的栅极电流。该器件提供丰富的系统保护和诊断功能,如过流,过压,短路,欠压,过温等等。它支持开环和闭环速度控制,具有用户可配置的启动,速度设置和比例/积分(PI)控制系数,适用于各种电机和负载组合。 LV8907内置线性稳压器,用于为外部电路,看门狗定时器和本地互连网络(LIN)收发器供电,提供最小的系统解决方案。提供SPI接口用于参数设置和监视系统运行状况。 LV8907具有高达175°C的工作结温耐受性和电气LIN兼容控制信号(PWM和使能),是独立的汽车BLDC电机控制系统的理想解决方案。 特性 优势 经营结温高达175°C 适用汽车应用 工作电压范围为5.5 V至20 V,容差范围为4.5 V至40 V 各种电机的广泛性能 嵌入式专有无传感器换向控制 BOM成本降低 内置LIN收发器和看门狗定时器 与汽车网络的连接系统 用于实时参数化和诊断的SPI接口 微处理器的可选功能 各种系统保护功能...
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LV8907UW 用于汽车的无传感器三相无刷直流电机控制器 带栅极驱动器

NCP51530 高频700 V- 2 A高端和低端驱动器

30是一款700 V高侧和低侧驱动器,具有高驱动能力,适用于AC-DC电源和逆变器。 NCP51530在高工作频率下提供同类最佳的传播延迟,低静态电流和低开关电流。因此,该器件可为高频工作的电源提供高效设计。 NCP51530采用SOIC8和DFN10封装。 特性 优势 高压范围:高达700 V AC / DC设计的设计余量 传播延迟非常快(B版本为25 ns) ) 适合高频操作 匹配传播延迟(最大7 ns) 提高效率&安培;允许并联 高达50 V / ns的高dv / dt抗扰度和负瞬态抗扰度 非常稳健的设计 DFN10封装,具有优化的引脚输出 小PCB占位面积,改善的爬电距离和寄生 快速上升和下降时间(最长15 ns) 适合重载 应用 终端产品 半满和满-bridge Converters 有源钳位反激式适配器 电机控制电源 服务器,电信和工业用电源 电动助力转向 太阳能逆变器 电路图、引脚图和封装图...
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NCP51530 高频700 V- 2 A高端和低端驱动器

MC33153 单IGBT驱动器

3专门设计用作高功率应用的IGBT驱动器,包括交流感应电机控制,无刷直流电机控制和不间断电源。虽然设计用于驱动分立和模块IGBT,但该器件为驱动功率MOSFET和双极晶体管提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括选择去饱和或过流检测和欠压检测。这些器件采用双列直插和表面贴装封装,包括以下特性: 特性 高电流输出级:1.0 A源/ 2.0 A接收器 常规和感测IGBT的保护电路 可编程故障消隐时间 防止过电流和短路 针对IGBT优化的欠压锁定 负栅极驱动能力 成本有效地驱动功率MOSFET和双极晶体管 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 01:02 278次 阅读
MC33153 单IGBT驱动器

NCP5104 单输入高侧和低侧功率MOSFET驱动器

4是一款高压电源栅极驱动器,提供两路输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或以半桥配置排列的IGBT。它使用自举技术确保正确驱动高端电源开关。 特性 优势 高压范围:高达600 V 坚固灵活的设计 dV / dt Immunity 50 V / nsec 稳健的设计 栅极驱动电源范围为10 V至20 V 供电范围广 高低驱动输出 适用于半桥转换器拓扑 输出源/吸电流电流能力y:250 mA / 500 mA 适用于中低功率应用 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 微控制器操作的低电平输入 输入引脚上的Vcc摆幅 灵活的输入等级直至Vcc 在两个渠道的Vcc LockOut(UVLO)下 稳健的设计 引脚与行业标准兼容 减少设计工作 两个通道之间的匹配传播延迟 内部固定死区时间的1输入( 520 ns) 应用 终端产品 半桥电源转换器:中低功率 照明镇流器 白色商品 电机控制 电路图、引脚图和封装图...
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NCP5104 单输入高侧和低侧功率MOSFET驱动器

NCV7547 用于电机控制应用的七通道半桥MOSFET预驱动器

7可编程七通道半桥MOSFET预驱动器是用于驱动逻辑电平NMOS FET的FLEXMOS汽车级产品系列之一。该产品可通过串行SPI和CMOS兼容并行输入的组合进行控制。预驱动器提供先进的MOSFET控制和保护。设备和应用程序诊断数据通过SPI进行通信。 特性 优势 7个半桥前驱动器 最多可并联控制三台电机或两台电机独立控制 集成电荷泵 N沟道MOSFET可用于高侧级和开关反向电池保护 打开负载保护 检测未连接的负载 过载保护 外部MOSFET和负载保护 可编程摆动速率控制 灵活控制MOSFET的开关损耗并提高EMC Per形成 QFN包装 小板占地面积和良好的散热性能 应用 终端产品 座椅电机执行器 门锁执行器 行李箱升降执行器 天窗执行器 升降机执行器 汽车市场的有刷直流电机控制 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 00:02 106次 阅读
NCV7547 用于电机控制应用的七通道半桥MOSFET预驱动器

NCV7544 用于电机控制应用的四通道半桥MOSFET预驱动器

4可编程四通道半桥MOSFET预驱动器是用于驱动逻辑电平NMOS FET的FLEXMOS汽车级产品系列之一。该产品可通过串行SPI和CMOS兼容并行输入的组合进行控制。预驱动器提供先进的MOSFET控制和保护。设备和应用程序诊断数据通过SPI进行通信。 特性 优势 4个半桥预驱动器 最多可并联控制三台电机或两台电机独立控制 集成电荷泵 N沟道MOSFET可用于高侧级和开关反向电池保护 打开负载保护 检测未连接的负载 过载保护 外部MOSFET和负载保护 可编程摆动速率控制 灵活控制MOSFET的开关损耗并提高EMC Per形成 QFN包装 小板占地面积和良好的散热性能 应用 终端产品 座椅电机执行器 门锁执行器 行李箱升降执行器 天窗执行器 升降机执行器 汽车市场的有刷直流电机控制 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 22:02 132次 阅读
NCV7544 用于电机控制应用的四通道半桥MOSFET预驱动器

AMIS-30422 用于外部FET的步进电机驱动器/控制器

0422是一款微步进步进电机桥控制器,适用于大电流范围双极应用。芯片通过SPI接口与外部控制器连接,以控制两个外部功率NMOS H桥。它具有片上稳压器,电流检测,自适应PWM控制器和具有智能斜率控制开关的预驱动器,使该器件符合EMC标准,适用于工业和汽车应用。它使用专有的PWM算法进行可靠的电流控制。 特性 两相步进电机的双H桥预驱动器 通过SPI编程可编程电流 片上电流转换器 SPI接口 速度和负载角度输出 9步模式从完整步长到128微步 通过两个外部检测电阻的电流检测 自动选择快速和慢速衰减的PWM电流控制 具有可选电压斜率的低EMC PWM 全输出保护和诊断 热警告和关机 与3.3 V微控制器兼容 集成3.3 V稳压器为外部微控制器供电 用于复位外部微控制器的集成复位功能 综合监察功能 应用 终端产品 电机控制 HVAC 工业控制系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 19:02 104次 阅读
AMIS-30422 用于外部FET的步进电机驱动器/控制器

NUD3105D 继电器驱动器 5.0 V 双通道

备用于切换感应负载,如继电器,螺线管白炽灯和小型直流电机,无需使用空转二极管。该器件集成了所有必需的产品,如MOSFET开关,ESD保护和齐纳钳位。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,反相器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的驱动程序接口继电器线圈和敏感逻辑电路 优化开关继电器从3.0 V到5.0 V电压轨 能够驱动额定功率高达2.5 W,5.0 V 的继电器线圈 内部齐纳二极管消除了对续流二极管的需求 内部齐纳钳位路由引起的电流接地以实现更安静的系统操作 低VDS(on)降低系统电流排水 应用 电信:线路卡,调制解调器,答录机和传真 计算机和办公室:复印机,打印机和台式电脑 消费者:电视和录像机,立体声接收器,CD播放器,盒式录音机 工业:小家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 汽车:5.0V驱动继电器,电机控制,电源锁和灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 103次 阅读
NUD3105D 继电器驱动器 5.0 V 双通道

NUD3105 继电器驱动器 5.0 V 单路

备用于切换电感负载,如继电器,螺线管白炽灯和小型直流电机,无需使用续流二极管。该器件集成了所有必需的产品,如MOSFET开关,ESD保护和齐纳钳位。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,反相器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的驱动程序接口继电器线圈和敏感逻辑电路 优化开关继电器从3.0 V到5.0 V电压轨 能够在5.0 V下驱动额定功率高达2.5 W的继电器线圈 内部齐纳二极管消除了对续流二极管的需求 内部齐纳钳位路径感应电流接地更安静系统操作 低V DS(on)减少系统电流消耗 应用 终端产品 继电器Switchi ng 感性负载切换 线路卡,调制解调器,应答机,传真 复印机,打印机,台式电脑 电视和录像机,立体声接收器,CD播放机,盒式录像机 小家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 5.0 V驱动继电器,电机控制,电源锁,灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 11:02 105次 阅读
NUD3105 继电器驱动器 5.0 V 单路

MDC3105 继电器驱动器 5.0 V

电器驱动器旨在用集成的SMT部件替换三到六个分立元件的阵列。它可用于切换3至6 Vdc感应负载,如继电器,螺线管,白炽灯和小型直流电机,无需使用续流二极管。 特性 在直流继电器线圈和敏感逻辑电路之间提供稳健的驱动器接口 优化从3开关继电器V至5 V导轨 能够在5 V下驱动额定功率高达2.5 W的继电器线圈 具有低输入驱动电流和良好的背对背瞬态隔离功能 内部齐纳二极管消除了对自由二极管的需求 内部齐纳钳位路径感应电流接地以实现更安静的系统操作 保证关闭状态,无输入连接 支持Larg具有最小断态泄漏的系统 符合1C类人体模型的抗ESD能力 低饱和电压允许使用更高电阻的继电器线圈,从而减少系统电流漏极 应用 电信:线路卡,调制解调器,应答机,传真机,功能手机电子Hook Switch 计算机和办公室:复印机,打印机,台式电脑 消费者:电视和录像机,立体声接收器,CD播放器,盒式录像机,电视机顶盒 工业:小家电,白色家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 汽车:5.0 V驱动继电器,电机控制,电源锁,灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 11:02 87次 阅读
MDC3105 继电器驱动器 5.0 V

AMIS-30512 微步电机驱动器

0512是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过I / O引脚和SPI接口与外部微控制器连接。它具有片上稳压器,复位输出和看门狗复位功能,能够为外围设备供电。 AMIS-30512包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号和DIR(方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。该芯片提供所谓的速度和负载角输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它采用专有的PWM算法实现可靠的电流控制。 AMIS-30512采用I2T100技术,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 AMIS-30512非常适用于汽车,工业,医疗和海洋环境中的通用步进电机应用。 特性 用于两相步进电机的双H桥 可编程峰值电流上升使用5位电流DAC达到800 mA 片上电流转换器 SPI接口 速度和负载角度输出 从全步到32步的七步模式 完全集成的电流检测 自动选择快速和慢速衰减的PWM电流控制 低EMC PWM可选择的电压斜率 有源反激二极管 完整输出保护和诊断 热警告和关机 兼容3.3 V微控制器,5.0 V...
发表于 07-30 11:02 101次 阅读
AMIS-30512 微步电机驱动器

NCP715 LDO稳压器 50 mA 超低Iq

是50 mA LDO线性稳压器。它是一款非常稳定和精确的器件,具有超低的接地电流消耗(在整个输出负载范围内为4.7 uA)和宽输入电压范围(最高24 V)。稳压器具有多种保护功能,如热关断和限流。 类似产品: NCP715 NCP716 NCP716B NCP718 输出电流(A) 0.05 0.08 0.15 0.30 PSRR f = 1 kHz(dB) 52 60 53 52 压差电压(V) 0.230 0.310 0.600 0.275 特性 优势 工作输入电压范围:2.5 V至24 V 宽VIN也适合电池供应 1.2 V,1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.0 V,3.3 V,5 V Fixe d输出电压选项 设计灵活性 低4.7 uA典型静态电流 延长电池寿命 PSRR在1 kHz时为54 dB 适用于噪声敏感电路 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 提供XDFN6 1.5 x 1.5 mm,TSOP-5和SC-70封装 满足设计和制造需求的多种包装选项 应用 终端产品 便携式设备 通信系统 超低功耗微控制器 智能手机充电器 工业电机控制 恒温器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 187次 阅读
NCP715 LDO稳压器 50 mA 超低Iq