摘要  分析了交流电机同步运行系统控制的特点，设计了基于DSP+FPGA的多部交流电机同步运行控制系统，其中包括系统硬件设计和系统软件设计，并在该系统实现了四台交流电机同步运行的PID控制算法。在空载条件下进行了不同转速的同步运行实验，实验结果表明该系统可以实现多交流电机同步运行高精度控制。 
    关键字  交流电机；同步运行；DSP；FPGA；PID控制 
Design of AC Servomotores Turning Synchronous Control System 
RENGaoang, SHENG Yu, GAO Xiao ding 
(Mechanic Electrical Engineering college Xi'an University of Engineering Science&Technology，Xi'an Shaan xi 710048, China) 
    Abstract  The features of AC turning synchronous controlling system is analyzed; The turning synchronous controlling system based on DSP+FPGA AC servomotores is designed which includes hardware system and software system. The controlling algorithm PID of four-axis AC servomotor turning synchronous in the system is realized. Under the condition without loading, the turning synchronous experiment with different speeds was operated and the result indicates that the system can realize the high precision controlling of AC servomotores turning synchronous. 
    Keywords  AC servomotor; turning synchronous; DSP; FPGA; PIDcontrol  
   

 0 引言

随着工业生产自动化程度的提高和生产规模的扩大，各种生产输送线的长度和输送功率不断增加。当输送线长度增加到一定程度时，采用单电机驱动就难以满足生产的要求，必须采用多电机同步驱动方式。在多电机同步驱动系统中，特别是各传动电机之间存在一定物理连接的系统中，实践证明，通过反馈调节改变控制量，能使控制电机的转速稳定在给定范围内。但在多电机同步调速系统中，由于各同步电机之间存在严重的耦合作用，某一传动电机转速的偏离往往与传输线上其它电机的转速密切相关，这时若按常规负反馈方法对这一电机施加调节，将可能导致该电机的转速偏离更加严重，最后造成整个传动系统不能正常工作。因而对多电机同步驱动系统，如何实现传动电机的高精度速度同步调速控制，是一个急待解决的实际工程问题。

本文根据多级电机同步驱动系统的运动特点，设计了基于DSP+FPGA 的多交流电机同步运行控制系统，并运用PID 控制方法，通过对同步驱动系统中的传动电机实施速度同步补偿，达到了高精度的同步调速。在空载条件下进行了不同转速的同步运行实验，收稿日期：2006-02-21 实验结果表明，该系统可以实现多交流电机同步运行高精度控制。

1 系统简介

在交流变频调速系统中，DSP+FPGA 方式是目前国际上比较先进的方法。现场可编程门阵列(FPGA)与专用集成电路相比较，优点主要在于有很强的灵活性，其内部逻辑功能可以根据需要在系统上配置，修改和维护方面非常方便。与FPGA相比，DSP在高精度交流变频调速系统中适合完成结构复杂的控制算法。本系统核心运算部分采用TMS320VC5402 处理器芯片。TMS320VC5402 芯片是一种适用于电机控制的DSP芯片，系统运行时，FPGA同步采集安装在各个交流电动机轴上的增量式光电编码器的

编码信号，并据此获得各轴的转速信号和位置信号，该DSP 处理器芯片主要是用来对多路FPGA同步采集安装在各交流电动机轴上的增量式光电编码器信号进行处理，对多部交流电机同步运转的转速、位置的设置要求进行相关的PID控制运算。然后,再将控制指令经D/A转换后发送到各交流电机的变频器，实现多部交流电机同步运转。系统构成如图1所示。

本系统控制部分采用ALTREA 公司的EP1C6Q240C8的芯片。它是一种主要用于处理时序逻辑电子电路的高性能芯片。它与单片机最大的区别就是在于它的并行性，能够并行地采集、处理和输出信号，这一点为提高整个系统的运行速度起了很大的作用，是本系统实现并行性的关键所在。

安装在各交流电动机轴上的增量式光电编码器输出3路脉冲信号，相差90°的A、B 脉冲信号用来判别和检测电机的转向、位置、转速，Z信号为每转输出一个脉冲的零位参考信号[1]。

2 系统硬件设计

系统的信号采集部分采用了一片EP1C6Q240C8，同步采集安装在四台交流电动机的增量式光电编码器信号，如图1所示。EP1C6Q240C8负责读取采样数据和与TMS320VC5402 端口通信的任务，以及对信号预处理。EP1C6Q240C8的内部功能模块，如图2所示；系统硬件设计如图3所示。

EP1C6Q240C8从DSP接收采样参数，将参数写入相应的寄存器，同时，它也为TMS320VC5402产生端口时钟和端口帧同步信号。EP1C6Q240C8在接收到

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