1 引言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基本上采用的是现场控制的方法，以提高电机的动态性能为主，硬件部分多数采用8位或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。以太网技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础架构，通信技术的进步也使得以太网进入电机控制领域成为可能。本文在通用变频器—异步电动机调速系统的基础上，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rtl8019as，组成以太网异步电机矢量控制系统。
2 系统结构由嵌入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协议为基础，采用面向连接的编程模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。
图1 异步电机矢量网络控制系统结构图
3 lpc2210特点arm控制器采用philips公司生产的基于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;32×8dsp乘法器；32位寻址空间;它还包含embedded ice模块，以支持嵌入式系统调试;调试硬件有jtag测试访问端口[1]。
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，收发可同时达到10mbps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10baset拓扑结构的自动极性修正[2]。
5 系统主电路5.1 控制电路基于嵌入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。系统硬件结构图如图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igbt功率模块组成的逆变器，此变频器可以和通用的笼型异步电动机配套使用[3]。
图2 嵌入式以太网异步电机矢量控制电路图
三相交流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逆变器得到可调的交流电压，给异步交流电机供电。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馈至控制器。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行分压、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入a/d转换器，输入给cpu作为控制算法的依据，或者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，地址为0x4000～0x7fff；一块32字节，地址为0x0000～0x001f。ram按页存储，每256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。在全双工模式下可以同时进行数据的收发。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、与上位机的通信等功能。微控制器lpc2210集成有16kb片内静态ram；2个32位定时器带4路捕获和4路比较通道；实时时钟(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模式中唤醒；可通过个别使能/禁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a/d转换器，可用于接收系统的电压与电流反馈。由于该控制器自身不具有rom，因此外接容量为2mb的cmos型flash rom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8 mb的sdram器件is42s16400以提高存储器访问速度。5.2 rtl8019as与lpc2210的接口设计rtl8019as有三种工作方式：第一种为跳线方式，网卡的i/o和中断由跳线决定；第二种为即插即用方式，由软件进行自动配置；第三种为免跳线方式，网卡的i/o和中断由外接的93c46里的内容决定。在嵌入式应用场合，为了减少连线，降低成本，置65引脚高电平，选择跳线方式。网卡控制器引脚bd0～bd3设定网卡芯片的i/o地址范围，此处硬件初始化为300h-31fh。sa0～sa19为网卡的地址线，从基地址范围可以看出sa0～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位工作模式。由于lpc2210是按照字节编址，因此，处理器的地址需要偏移一位，即系统的a1接rtl8019as的sa0，依次类推。lpc2210是3.3v的器件，而isa总线是5v的，所以信号线间通过串接470ω电阻，进行电平转换。网络控制器rtl8019as与lpc2210的接口电路如图3所示。
图3 网络控制器rtl8019as与lpc2210的接口电路
6 结束语随着控制技术和网络技术的发展，对于控制系统的高效性要求和现场控制与上层管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满足远程控制的要求。本文仅对rtl8019as以及lpc2210用于异步矢量电机控制做了初步的探索，但是如果该嵌入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进和完善。
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