基于fpga电机系统故障检测系统

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1、电子滠试Dee．2口1口2010年12两。第12期ELEcTR0NlcTE$TNo．12基于FPGA的电机系统故障检测系统胡秀琴，康戈文(电子科技大学自动化工程学院，四川成都610054)摘要：针对普遍存在的电机转动故障，设计了一种可靠的电机旋转信号的采集与检测装置，并给出了测试系统的总体设计方案及软硬件实现。该系统由高速频率计数FPGA模块和SOPC片上系统构成，采用NIOSII作为系统控制单元，控制计数器的工作，并辅以适当的软、硬件资源完成以FPGA为核心的高精度频率计设计。将计数结果由串口发送给上位机做进一步的信号分析，如FFT和谐波小波包，以得到更详细的信号频谱分

2、布，以此作为故障信号的判断依据。利用NIOSⅡ技术开发的频率计使外围测量硬件电路结构简单、性能更稳定可靠，并且可以灵活地实现定制应用。经过实验表明，该测试系统能够很好地完成机械系统的故障检测。关键词：电机故障；FPGA；NIOSII；频率测量；光电编码器中图分类号：TP273文献标识码：AFaultdetectionsystemofmotorsystembasedonF

3、}_prGAHuXiuqin，KangGewen(SchoolofAutomationEngineering，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChi

4、na，Chengdu610054，China)Abstract：Forthewidespreadfailureofmotorrotation，designsareliableacquisitionandfaultdetectiondeviceofmotorrotationsignal，andgivesthedesignprogramsofthetestsystemandtheimplementationofhardwareandsoftware．Thesystemconsistsofhigh～speedfrequencycounterchipFPGAmoduleandth

5、eSOPCsystemstructure．usingNIOSⅡaSthesystemcontrolunittocontroltheworkofthecounter，andwithappropriatesoftwareandhardwareresourcestocompletetheFPGAcorewitl1high—precisionfrequencymeterdesign．SendtheCountingresultstothehostcomputerforfurthersignalanalysis，suchasFFTandharmonicwaveletpacket，in

6、ordertogetamoredetaileddistributionofthesignalspectrumasthebaSistojudgethefaultsigna1．ThefrequencymetersystembasedonNIOSⅡtechnologycanthardwaresimple，morestableandreliable，andflexibilitytoachievecustomappficafionsExperimentalresultsshowthatthetestsystemcanbeusedtofaultdetectionofmechanica

7、lsystem．Keywords：Motorfault；FPGA；NIOSII；FrequencyMeaSurement；OpticalEncoder0引言2硬件电路设计现代机械设备的结构越来越复杂，故障诊断技该部分主要介绍测试系统中主要的硬件电路设术显得尤为重要，其意义在于能有效地遏制故障损计。本设计主要包括信号预处理模块及FPGA及其失和降低设备维修费用n。本文设计了一套电机故配置芯片电路设计。障的信号采集与处理装置，将电机转轴的转速信号通过编码器转化为数字信号瞄，并通过电路板上的2．1信号预处理电路数字频率计计算信号的频率，再将该计数结果输出由于输入信号是带有噪音的

8、低频信号，因此需给上位机做后续的信号分析，利用FFT得到信号要对信号进行预处理。该预处理模块是由LM358的基频率”，结合谐波小波包得到信号的细化频率和LM393组成的电路，其中LM358是由两个独立，两个方法结合能更准确地判断电机故障。的、高增益内部频率补偿的运算放大器组成，其中一个运放用于低通滤波，另一个运放用于信号放大。测试系统总体方案设计LM393是双电压集成电路，用于信号的整流，将信号变为规则的矩形波信号，预处理电路如图2所该检测系统的总体设计方案如图l所示。主示。要由信号采集、信号处理和通讯接口组成。其中信号采集系