基于DSP和FPGA的嵌入式同步控制器实现

摘 要：针对印染设备多单元同步控制中动态性和稳定性的问题，提出一种基于DSP和FPGA的嵌入式同步控制器设计方案。DSP作为运算控制的核心，负责控制算法的实现；FPGA作为数据采集模块的核心，负责数据采集的实现。该系统具有结构灵活，通用性强的特点，且大大减少了系统的外围接口器件，降低了成本。采用Bang-Bang控制和数字PID控制相结合的双模控制算法，满足了系统响应快速性和稳定性的要求，提高了可靠性，具有很高的实用价值。
关键词：嵌入式；同步控制；DSP；FPGA
   
     在印染机械设备生产加工过程中，各个传动单元分别由独立的电机驱动。为了保证整机各单元同步协调工作，提高产品质量，需要设计相应的同步控制器。多单元同步传动是印染机械设备同步控制的关键，但由于交流电机严重的非线性，系统的动态特性和相应的参数受外界扰动因素的影响，增加了实际同步控制的难度，降低了实际的控制精度。传统的控制方案设计如带转换式松紧架的同步系统可靠性差，控制精度不高，难以获得满意的控制效果，又由于系统要求快速同步动态跟随，不允许有大的超调。因此提出一种基于DSP和FPGA的嵌入式控制器，以提高系统的动态跟随速度和同步性能。该控制装置可直接嵌入电控装置内，实时、高性能地完成控制功能。
   
1 系统的总体控制策略
     大多数印染设备根据工艺要求都采用联合机方式组成多单元同步拖动系统，主电机的速度作为各从动电机的给定速度，各从动单元分别由各自的异步电机拖动，系统要求各单元电机保持同步运转，即各从动电机线速度始终保持与主电机速度一致，或保持一定的比例关系。为了验证控制方案的可行性，以双单元(主动机、从动机)交流同步拖动系统为例进行了研究。印染设备控制系统组成框图如图1所示。
   
       主动机和从动机分别由变频器1和变