FPGA在高压高速直线电机检测仪的应用研究

陶俊豪

（ 中国人民解放军63801部队，四川 西昌 615042 ）

0 引言

高速直线电机是一种将电能转换为高速直线运动机械能的传动装置，常用于高性能机床伺服系统、电磁推进器或磁悬浮定位平台上，控制精度可达μm量级，移动速度可达20m/s以上。在实际应用中，对直线电机进行机械性能检测，一般需要用光栅尺或磁栅尺对其位置进行编码，检测相对位置、速度、加速度等信息。此外，为了解电机的电性能，还需要测试相应位置的动态电压、电流等参数。由于电机运动速度较快，产生的正交编码、电参数数据量较大，需要在μs量级时间内进行快速数据采集与AD转换等，传统的单片机检测技术不再适用于电机测试与控制。

FPGA（Field-Programmable Gate Array）处理速度高达数百兆以上，具有高度灵活、可定制化特点，在高速实时信号处理系统中得到了广泛应用。本文以一种高压（220V工作）、高速直线电机测试仪器的设计为出发点，利用FPGA技术对其具体内容进行了研究与实现，重点研究其在电机速度、电机电压、电流检测方面的应用。

1 设计方案

直线电机的位置检测一般采用无接触式光栅尺或磁栅尺技术实现，两者差别在于测试精度和行程。由于本文的出发点是测试一种行程20mm直线电机的最大运动速度，精度要求不高，故采用低成本磁栅检测技术。磁栅尺选用上海平信机电制造有限公司的MR502C型磁栅尺，5V单电源供电，分辨率25μm，移动速度达25m/s，输出信号包含A、B、Z三路正交编码的差分信号。对正交编码器输出信号进行解调和计数的专用集成电路，如惠普公司 HCTL2000、HCT2016等产品不仅结构复杂，而且价格昂贵。……