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高频疲劳试验机控制器


文章来源:http://www.asryq.com/news/238.html发表时间:2020-09-03
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现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammable Gate Array)是Xilinx公司于1984年首次开发的通用用户可编程设备。FPGA不仅具有门阵列设备的高度集成性和多功能性,而且具有用户可编程逻辑设备的灵活性。

 

FPGA由可编程逻辑单元阵列,布线资源和可编程I / O单元阵列组成。 FPGA包含丰富的逻辑门,寄存器和I / O资源。 单个FPGA芯片可以实现由数百个甚至更多标准数字集成电路实现的系统。

 

FPGA具有灵活的结构,其逻辑单元,可编程的内部布线和I / O单元可以由用户编程,从而可以实现任何逻辑功能以满足各种设计要求。 它的快速,低功耗和强大的多功能性特别适合于复杂系统的设计。 使用FPGA还可以实现动态配置,在线系统重新配置(可以在系统运行的不同时刻根据需要更改电路的功能,从而使系统具有各种与空间或时间相关的任务),硬件软化, 软件强化和其他功能。

 

鉴于高频疲劳试验机控制器的控制规模较大,功能复杂,在开发过程中,在传统试验机控制器的基础上,结合了FPGA技术和微机技术 为了全面提高控制器系统的性能,提高了整机的工作效率,控制精度和电气系统的可靠性,操作方便,不乏技术进步。

 

2控制器的结构和内容

控制系统的总体结构,下部计算机是整个高频疲劳试验机控制器的核心。 它用于生成控制信号和数据,以控制测试机,处理反馈信号并与主机进行通信。 其控制功能的强度也直接影响整个控制器的性能。 图中的波形发生器用于激励和保持电磁激励器的振动。 此处,波形发生器应输出正弦波。

 

3系统采取的技术路线

在实现技术参数和功能要求的基础上,系统根据当前的微机和FPGA等微电子技术采用了以下主要技术路线:


(拉力疲劳试验机)

疲劳试验机

1)下位计算机是系统控制的核心。 由于该系统的控制规模相对复杂,控制对象具有某些特殊特性(例如高频,高负载等),并且涉及到控制电动机,因此,考虑使用传统的8位机,而不是使用 使用相对更强大的功能和速度。 更快的16位计算机-87C196系列。

 

2)励磁机要求输入波形为正弦波,测试频率范围为80〜250Hz。 此外,系统应能够执行扫描频率测试。 在扫频测试中,系统以1 Hz为步长扫描频率(粗调),然后基于粗调进行微调(以0.1 Hz为步长)以确定系统的共振点。 可以看出,能够产生精度为0.1 Hz的波形的电路模块是整个系统设计中非常关键的部分,也是设计难题之一。 如果通过单片机或其他专用芯片,则该部分无法实现或很难实现。 该系统使用FPGA作为波形发生器,如图1中的虚线框所示。其优点是:高速(通常芯片频率至少为几十兆字节,甚至几百兆字节)并且可以满足上述要求。 提到的精度要求; 用数字电路实现,抗干扰性好。 它还可以将其他逻辑电路集成到芯片中,节省许多分立元件,还可以减小体积; 可以根据需要更改波形。

 

3)直流调速是通过电压变换实现的,而电压变换是通过使用晶闸管的可控整流器实现的。 单片机将可变电压输出到移相触发器,触发器将可控导通角输出到可控整流器,实现电动机速度的调节。 有利于提高系统的可靠性。

 

4)系统的一些重要信号由数字滤波器滤波,该数字滤波器由FPGA实现。 与软件滤波相比,该方法有利于提高信号的滤波效果,大大提高了滤波速度。

 

4模块设计的一部分

FPGA部分可以分为两个模块,其中正弦波发生器模块可以细分为几个小模块,如图2所示。 ] 4.1锁存器设计

锁存器用于锁存和稳定FPGA中单片机发送的频率数据。 可以使用片上锁存器资源(或触发器)来构造它。


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