伺服控制系統中高精度電流采樣的設計

　　引言

　　伺服技術(shù)是跟蹤與定位控制技術(shù)，是機電一體化技術(shù)的重要組成部分，它廣泛地應用于數控機床、工業(yè)機器人等自動(dòng)化裝備中。隨著(zhù)現代工業(yè)生產(chǎn)規模的不斷擴大，各個(gè)行業(yè)對電伺服系統的需求日益增大，并對其性能提出了更高的要求。因此研究、制造高性能、高可靠性的伺服驅動(dòng)系統是工業(yè)先進(jìn)國家竟相努力的目標，有著(zhù)十分重要的現實(shí)意義。

　　目前數字伺服驅動(dòng)器基本被日本、歐美等國家壟斷。我國每年需要從國外進(jìn)口大量的此類(lèi)設備用于CNC數控機床等行業(yè)，進(jìn)口驅動(dòng)器價(jià)格高，維修服務(wù)不便。我國具有自主知識產(chǎn)權的全數字式伺服驅動(dòng)器于20世紀90年代開(kāi)始規?；a(chǎn)制造。華中數控HSV系列全數字交流伺服電機驅動(dòng)單元具有良好的性能。我公司自主開(kāi)發(fā)的全數字交流伺服系統調速比為1:5000。

　　伺服控制系統硬件設計

　　數字伺服系統主要由五部分組成：永磁同步電動(dòng)機，電源模塊，驅動(dòng)與逆變電路模塊，速度與位置檢測電路模塊以及控制電路模塊?？刂齐娐纺K包括核心控制芯片,人機界面和通訊模塊四部分;驅動(dòng)與逆變電路模塊包括逆變器主電路，電壓/電流采樣電路，過(guò)壓/欠壓保護、上電限流保護與制動(dòng)電路等，伺服的核心控制芯片采用TI公司最新的電機專(zhuān)用控制芯片TMS320F2812。

　　以TMS320F2812 DSP為控制核心(見(jiàn)圖1)，接收來(lái)自CNC、編碼器接口、電流檢測模塊和故障信號處理模塊的信息，完成對永磁同步電機控制和故障處理。光電隔離模塊作為電子電路與功率主電路的接口，將DSP發(fā)出的SVPWM信號經(jīng)送入IPM模塊，完成DC/AC逆變，驅動(dòng)電動(dòng)機旋轉。編碼器接口將絕對式編碼器所記錄的永磁同步電動(dòng)機的磁極位置、電動(dòng)機轉向和編碼器報警等信息送往DSP，同時(shí)將永磁同步電動(dòng)機的位置信息送往CNC。電機相電流經(jīng)電流檢測模塊量測、濾波、幅度變換、零位偏移、限幅，轉化為0~3V的電壓信號送入DSP的A/D引腳。功率主電路的過(guò)壓、欠壓、短路、電源掉電和IPM故障等信號經(jīng)故障檢測模塊檢測與處理后，送入DSP的I/O端口。鍵盤(pán)與顯示模塊是控制器的人機接口，用以完成控制參數的輸入，運行狀態(tài)與運行參數顯示。存儲器模塊用以存儲控制參數與系統故障信息。

　　逆變電路使用的是三菱公司的IPM模塊，該智能功率模塊采用第5 代IGBT 工藝，內置優(yōu)化后的柵級驅動(dòng)和保護電路，以超小型體積，輸出功率強勁的三相波形。它具有以下突出性能：完整的功率輸出電路，直接連接負載;內置柵極驅動(dòng)電路;短路保護;驅動(dòng)電壓欠壓保護;采用第五代低功耗IGBT 管芯;超小型體積，僅重65 克。