基于嵌入式以太网的异步电机矢量控制系统体系构造设计.docx

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1、基于嵌入式以太网的异步电机矢量控制系统体系构造设计作为异步电机控制的一种方式，矢量控制技术已成为高性能变频调速系统的可靠方案。但是，目前基于这种控制技术的应用系统根本上采用的是现场控制的方法，以进步电机的动态性能为主，硬件局部多数采用8位或者16位单片机，因此，难以实现控制的网络化和高级功能的扩展。以太网技术的飞速开展，要求企业从现场控制层到治理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的根底架构，通讯技术的进步也使得以太网进人电机控制领域成为可能。本文在通用变频器一异步电动机调速系统的根底上，采用Philips公司基于ARM内核的LPC2210微控制器和RealTek公司的以太网控制器RTL

2、8019AS，组成以太网异步电机矢量控制系统。2系统构造由嵌人式以太网构成的异步电机矢量控制系统如图1所示。以太网控制器RTL8019AS与上位机之间的通讯以TCP/IP协议为根底，采用面向连接的编程形式确保数据准确无误地传送。LPC2210微控制器与异步电机形成闭环控制系统，完成矢量控制算法、PWM脉冲输出等功能。3LPC2210特点ARM控制器采用PHILIPS公司消费的基于ARM7TDMI-S核的芯片LPC2210。该芯片支持64位结果的乘法，半字、有符号字节存取；Thumb指令集；32X8DSP乘法器；32位寻址空间；它还包含EmbeddedICE模块，以支持嵌入式系统调试；调试硬件有

3、JTAG测试访问端口。4以太网控制器模块RTL8019AS是带有即插即用功能的全双工以太网控制器，它的主要特点包括：符合EthernetII与IEEE802.3标准；全双工，收发可同时到达lOMbps的速率，内置16kB的SRAM，用于收发缓冲，减低对主处理器的要求；支持UTP、AUI、BNC,自动检测，还支持对lOBaseT拓扑构造的自动极性修正。5系统主电路5.1控制电路基于嵌人式以太网的异步电机矢量控制系统主要由网络控制器单元、控制系统主回路、检测回路、数字控制器等组成。系统硬件构造图如图2,所示。系统主电路采用交-直-交电压源型变频器，采用二极管整流器和由六管封装的工GBT功率模块组成

4、的逆变器，此变频器可以和通用的笼型异步电动机配套使用。三相沟通电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过由IGBT组成的PWM逆变器得到可调的沟通电压，给异步沟通电机供电。检测回路包括电压、电流、温度和转速检测。其中电压、电流和温度检测由A/D转换通道变为数字量送入控制器，速度检测环节采用光电式旋转编码器，可将检测到的电机转速反应至控制器。各种故障的保护由电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进展分压、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进人A/D转换器，输人给CPU作为控制算法的根据，或作为开关电平产生保护信号和显示信号。网络控制器RTL8019AS内部有两块RAM区。一块16K字节

5、，地址为0x4000Ox7fff；一块32字节，地址为0x00000x001f。RAM按页存储，每2.56字节为一页。芯片内部集成DMA控制器、ISA总线控制器和网络PHY收发器。程序员可以通过DMA方式把需要发送的数据写入片内SRAM中，让芯片自动将数据发送出去；而芯片在接收到数据后，程序也可以通过DMA方式将其读出。在全双工形式下可以同时进展数据的收发。数字控制器是系统的核心，选用ARM核微控制器LPC2210,用来完成矢量控制算法、PWM脉冲的产生、相关电流的检测处理、与上位机的通讯等功能。微控制器LPC2210集成有16kB片内静态RAM；2个32位定时器带4路捕捉和4路比拟通道；实时

6、时钟RTC和看门狗；向量中断控制器VIC，可配置优先级和向量地址；通过外部中断将处理器从掉电形式中唤醒；可通过个，别使能/制止外部功能来优化功耗；其自带的6路PWM脉冲输出经过驱动电路产生SPWM信号，控制功率开关晶体管；8路10位AD转换器，可用于接收系统的电压与电流反应。由于该控制器自身不具有ROM，因此外接容量为2MB的CMOS型FlashROM器件SST39VF160来存储放掉电后仍需要保存的代码和数据。同时，外接容量为8MB的SDRAM器件IS42S16400以进步存储器访问速度。5.2RTL8019AS与LPC2210的接口设计RTL8019AS有三种工作方式：第一种为跳线方式，网

7、卡的I/0和中断由跳线决定；第二种为即插即用方式，由软件进展自动配置；第三种为免跳线方式，网卡的I/0和中断由外接的93C46里的内容决定。在嵌人式应用场合，为了减少连线，降低本钱，置65引脚高电平，选择跳线方式。网卡控制器引脚BDO-BD3设定网卡芯片的I/0地址范围，此处硬件初始化为300H-31FH。SAOSA19为网卡的地址线，从基地址范围可以看出SAO-SA4共5个引脚即可完成LPC2210对RTL8019AS的片选功能。ARM控制器数据总线的低16位接ISA网卡的16位数据线，置IOCS16为高电平，设置网卡为16位工作形式。由于LPC2210是按照字节编址，因此，处理器的地址需要

8、偏移一位，即系统的A1接RTL8019AS的SAO，依次类推。LPC2210是33V的器件，而ISA总线是SV的，所以信号线间通过串接470电阻，进展电平转换。网络控制器RTL8019AS与LPC2210的接口电路如图3所示。6完毕语随着控制技术和网络技术的开展，对于控制系统的高效性要求和现场控制与上层治理的整合变得日益迫切。ARM控制器LPC2210以及以太网控制器RTL8019AS能在保证控制效果的同时很好地知足远程控制的要求。本文仅对RTL8019AS以及LPC2210用于异步矢量电机控制做了初步的探究，但是假如该嵌人式以太网技术用于实际的异步矢量电机控制系统，还需要做进一步的改良和完善。