[发明专利]一种电机复合控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术，特别涉及一种利用数字信号处理技术和虚拟仪器技术相结合的电机复合控制系统及其控制方法，通过数字处理器和计算机平台相结合，实现电机的高效控制。

背景技术

目前，常用的电机数字伺服控制是采用数字信号处理器（DSP）作为控制系统的核心，通过采集执行机构运行时的状态量，在DSP内部运算处理，根据一定的算法去控制执行器运行。其原理如说明书附图中图1所示。但由于DSP的运算及处理速度有一定限度（如常用的TI公司TMS320F28X型DSP，其最大处理速度为150 MIPS），很难对电机采用更为复杂、更精密的控制算法（如模糊控制处理算法、自适应控制处理算法、神经网络控制处理算法以及滑模控制处理算法等）。另一方面，由于DSP的片内存储空间不够大，而比较优越的控制算法不仅需要高效的运算能力，而且需要相对比较大的存储空间，这也使得单独的DSP控制系统无法实现复杂控制算法。

申请号为201010218924.0的发明专利申请，是本申请人的前期研究成果，公开了一种利用虚拟仪器技术的电机控制系统。其原理如说明书附图中图2所示。该系统将多功能数据采集卡与PC机作为整个控制系统的核心，直接利用PC机中的CPU对数据采集卡采集到的数据进行处理，在一定程度上提高了系统的处理控制能力，但该系统在实现复杂控制算法上仍然存在不足。虽然单纯的计算机运算能力远大于DSP，但是在现有操作系统环境下，主要是由于底层内核或Windows内务处理导致虚拟仪器软件的运算能力不稳定，因此虚拟仪器软件的运行速度并没有单纯的控制器（DSP）效果好，特别是在复杂控制算法上尤为明显。另一方面，由于数据采集卡和虚拟仪器软件运行的平台并非确定性的实时操作系统，在此基础上运行的控制算法难以单靠软件定时来准确设定循环时间，这对控制效果也存在严重影响。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种利用数字信号处理（DSP）技术和虚拟仪器技术相结合、能实现复杂算法、并实现电机高精度控制的电机复合控制系统及其控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提出一种电机复合控制系统，包括PC机、通过总线方式（可以是PCI或PXI）与PC机相连的数据采集卡、驱动逆变器、电机及用于采集电机当前运行状态的数据采集传感器。数据采集卡的6路数字输出口与驱动逆变器对应的功率开关接口进行连接，控制驱动逆变器的输出；数据采集卡的模拟输入端口和正交编码端口与数据采集传感器的输出端口连接，接收数据采集传感器的数据；PC机装有虚拟仪器软件，负责数据采集处理和基于SVPWM控制策略的控制信号输出；DSP处理器中装有作为独立模块的复杂算法控制器，负责所述电机复合控制系统中复杂算法的核心运算；数据采集卡的模拟数字输入输出端口通过光电转换器和光纤（由于传输的信号中模拟信号会有一定的干扰，为避免噪声干扰采用了光纤通信技术，根据现场环境可选用屏蔽线代替）与DSP处理器连接，传递PC机与DSP处理器之间的数据。

在采用数字信号处理器（DSP）作为核心的传统控制系统中，所有的控制程序（包括数据采集、数据的转化和处理、保护程序、显示程序、控制程序以及数据输出程序）均放在DSP中，但是DSP是一种串行处理器，在不同的程序中跳转时需要经过压栈、出栈等一系列的处理，这大大降低了DSP的运算能力，限制了复杂控制算法的引入。在采用虚拟仪器技术作为核心的电机控制系统中，由于现有操作系统下虚拟仪器软件的运算能力不稳定，且定时不准确，同样无法实现复杂控制算法。因此，无论单独的DSP或者单独的虚拟仪器软件电机控制系统均很难实现复杂的控制算法，而发明提出的DSP和虚拟仪器软件复合控制系统则可以实现这类复杂控制算法。