直流無(wú)刷伺服電機運動(dòng)控制系統設計和運用

電流檢測
電機電流檢測電路可提供重要的反饋信息,將該信息與來(lái)自主控DSP的控制信號相結合,可以控制MOSFET或IGBT的柵極驅動(dòng)芯片并最終調整電機速度。如果要實(shí)現過(guò)流保護,還必需進(jìn)行電流監控,不過(guò)對于低端應用而言,傳統的過(guò)流保護卻顯得過(guò)于昂貴。電流采樣的方案是在逆變橋的下橋臂串一0.027Ω采樣電阻如圖3(a),采樣電流范圍為0~6.22A,采樣后的電壓放大倍數為14.63倍,放大電路如圖3(b),并經(jīng)2.5V電壓抬升輸入DSP,所以輸入DSP的電流模擬電壓量為:
UAD=2.5+I×0.027×14.63。
MotionChip AD口的模擬量輸入電壓為0~5V,所以電流采樣經(jīng)量化的值為:





應用
加氫反應器超聲檢測成像系統是一套適用于現場(chǎng)檢測的加氫反應器堆焊層剝離超聲檢測成像系統,實(shí)現加氫反應器堆焊層層間剝離的在役半自動(dòng)超聲掃查,檢測數據的自動(dòng)存儲、分析與評判,同時(shí)該系統對不同直徑的加氫反應器有一定的適用性。
加氫反應器剝離成像系統的控制系統本質(zhì)上是一個(gè)二維的運動(dòng)控制平臺,從系統要求的性能指標來(lái)看,控制系統需要滿(mǎn)足如下指標:
·水平掃查速度可達6mm/s無(wú)級可調;垂直掃查速度達300mm/s無(wú)級可調;
·能夠實(shí)現粗掃查和精密掃查,對指定的區域實(shí)現精密掃查;
·系統的控制方式分為手動(dòng)/自動(dòng),兩者之間可以切換;
·X軸(水平)和Y軸(垂直)2個(gè)方向上的運動(dòng)誤差≤±1mm。
系統硬件設計
由此選擇了上述設計的運動(dòng)控制系統,具有體積小,性能高,控制簡(jiǎn)單,價(jià)格低,但是每個(gè)只能控制一個(gè)電機。若要兩臺電機協(xié)同控制,則須通過(guò)RS485總線(xiàn)將其連接起來(lái)??刂葡到y的總體結構如圖4所示。X向電機用來(lái)控制絲杠的運動(dòng):選用EC-max32,無(wú)刷70W+減速器為行星輪減速箱(速比為23,型號為GP 32C)+碼盤(pán)(三通道500線(xiàn))。Y方向電機用來(lái)控制探頭的運動(dòng),采用RE-32,有刷80W+減速器為行星輪減速箱,型號為GP42C(速比為33)+碼盤(pán)(三通道500線(xiàn))。圖5示出硬件連接圖。

系統軟件設計
控制系統的軟件是基于Vc++和MotionChip的動(dòng)態(tài)鏈接庫設計的,軟件主要完成對探頭位置的運動(dòng)控制,如圖6。

用戶(hù)操作界面功能有:
·參數設置與顯示模塊主要是設置一些系統參數(如掃查長(cháng)度,探測寬度)和控制參數(如速度參數、加速度參數等);
·任何時(shí)刻,控制程序都時(shí)刻監視系統的運行狀況,隨時(shí)對系統故障做出相應的處理。
軟件部分包括X向運動(dòng)和Y向的掃查運動(dòng),數據存儲及處理,手動(dòng)控制,故障處理,運動(dòng)狀態(tài)顯示及故障顯示等。操作界面(GUI)給予清晰、簡(jiǎn)單的用戶(hù)界面,方便用戶(hù)調試、運行,同時(shí)能夠將伺服驅動(dòng)器傳遞過(guò)來(lái)的信息顯示出來(lái),便于監控。任務(wù)編程模塊將要實(shí)現控制任務(wù)的規劃,如X軸向和Y軸向運動(dòng)等,包括故障查詢(xún)、處理。
運行效果
智能伺服驅動(dòng)器性能的好壞直接決定整個(gè)系統設計的成敗,為此用一直流電機對驅動(dòng)器進(jìn)行測試,電機的電流和位置誤差如圖7(a)、(b)所示,從圖7中可以看出,驅動(dòng)器的響應時(shí)間只有0.12s,位置誤差很小。通過(guò)對通訊速度及上位機控制命令的測試顯示,在實(shí)時(shí)性要求不是非常嚴格的情況下,以RS232串口或者485串口的通訊速率是完全可以滿(mǎn)足系統需求的。


結語(yǔ)
本文基于一類(lèi)新穎的專(zhuān)用伺服控制芯片Motionchip,進(jìn)行了伺服控制器設計和實(shí)踐研究,并設計了一個(gè)功能較為完善的直流無(wú)刷伺服驅動(dòng)器的原型。將該控制器運用到加氫反應器超聲檢測成像系統中對二維的運動(dòng)進(jìn)行控制,保證了整個(gè)系統取得良好的性能。Motionchip這種多功能專(zhuān)用的運動(dòng)控制芯片不僅簡(jiǎn)化了整個(gè)系統的設計過(guò)程,而且具有很好的開(kāi)放性和網(wǎng)絡(luò )性,對中小型項目是非常理想的設計方案。
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參考文獻:
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關(guān)鍵詞:
直流無(wú)刷伺服電機運動(dòng)控制系統單片
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