數字交流伺服驅動(dòng)器實(shí)現方案

摘要：

　　交流伺服驅動(dòng)器的控制包括信號的測量、濾波、整形、核心算法的實(shí)時(shí)完成，驅動(dòng)信號的產(chǎn)生和系統的監控、保護等功能。

　　引言

　　國際整流器件公司針對高性能交流伺服驅動(dòng)的需求，設計出了基于硬件實(shí)現的完整的伺服驅動(dòng)控制單片解決方案IRMCK201, 適用不同類(lèi)型的永磁或交流感應電機，具有編碼器位置反饋接口，將運動(dòng)控制算法通過(guò)硬件實(shí)現，從而省略了編程任務(wù)，達到實(shí)時(shí)控制的目的。 IRMCK201結合IR2175線(xiàn)性電流傳感芯片，IR2136三相逆變器驅動(dòng)芯片和IRAM 6A-20A功率模塊，組成一個(gè)完整的伺服驅動(dòng)系統。

　　IRMCK201簡(jiǎn)介

　　IRMCK201是基于數字同步旋轉矢量控制的交流伺服驅動(dòng)的單片硬件解決方案。圖1所示為其基本功能模塊。

　　電機三相電流通過(guò)Park變換與矢量旋轉被分解為產(chǎn)生磁通的勵磁電流分量id和產(chǎn)生轉矩的轉矩電流Iq分量，這兩個(gè)分量具有獨立的比例積分放大電路。芯片可以啟用或禁止速度閉環(huán)控制，啟用速度閉環(huán)控制時(shí)，通過(guò)改變給定速度值，給定速度值與測量速度之間相互比較將產(chǎn)生速度偏差?；谶@個(gè)偏差，速度調節器產(chǎn)生一個(gè)對應的轉矩電流Is_qRef;當速度閉環(huán)控制禁止，可以直接改變轉矩電流Is_qRef。當Is_dRef=0時(shí)，改變轉矩電流 Is_qRef，通過(guò)經(jīng)過(guò)Clark變換轉換成靜止的α,β坐標系的電流分量isα、isβ,再經(jīng)過(guò)Park變換轉換成旋轉坐標系下的電流Id,Iq?；谛D坐標系的給定和實(shí)際電流的偏差，電流控制器產(chǎn)生輸出電壓Us_q和Us_d(在旋轉坐標系d，q)。電壓Us_q和Us_d被反變換成靜止坐標系下的電壓分量。然后經(jīng)過(guò)空間矢量PWM計算后，給逆變器的功率模塊發(fā)出合適的開(kāi)關(guān)信號。

　　IRMCK201主機通信接口包括RS-232/RS-485/RS-422、快速SPI接口和8位并行接口。因此它可以方便與多軸主機或控制器進(jìn)行通信，通過(guò)修改和讀取其主控寄存器來(lái)控制輸出。IRMCK201也可以獨立運行而不需要外部主機參與控制，其運行參數通過(guò)外部EEPROM來(lái)保存，上電自動(dòng)從EEPROM中讀取參數。

　　IRMCK201具有編碼器接口，正交信號輸入頻率可達1MHz，很容易組成位置閉環(huán)控制系統。IRMCK201還具有HALL A/B/C接口，A/B/C可以單獨輸入也可以組合輸入,用來(lái)指示轉子位置。

　　IRMCK201還具有A/D轉換信號接口，直流母線(xiàn)電壓反饋及過(guò)壓制動(dòng)控制接口?？梢酝ㄟ^(guò)A/D接口輸入模擬參考電壓來(lái)改變輸出轉速或輸出轉矩。同時(shí)芯片具有PWM輸出，通過(guò)簡(jiǎn)單低通濾波可以作為D/A信號輸出，驅動(dòng)指示儀表。通過(guò)寄存器的設置，可以選擇指示母線(xiàn)電壓、V相電壓、W相電壓、速度參考值、速度反饋值、Iq參考值、Uq、Ud、Iq或Ib等。

　　交流伺服驅動(dòng)系統硬件單元電路設計

　　基于IRMCK201的交流伺服驅動(dòng)系統的硬件設計主要包括高壓主電路設計、功率驅動(dòng)電路設計、電流電壓采集電路及過(guò)流過(guò)壓保護電路設計、編碼器位置反饋電路設計、主機接口電路及外部接口電路設計幾個(gè)部分。

　　主電路設計

　　高壓主電路包括EMC濾波電路、啟動(dòng)沖擊延緩電路、整流濾波電路、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓檢測電路。電源可以采用220V單相交流電壓，也可以采用三相220V交流電壓通過(guò)整流濾波得到高壓母線(xiàn)直流電壓。

　　功率驅動(dòng)電路的設計

　　IRMCK201提供了芯片提供三組SVPWM輸出，通過(guò)光電隔離，可以與IGBT模塊或功率MOSFET的驅動(dòng)電路連接。目前集成三相橋式 IGBT模塊很多，IR公司也提供了幾種規格的集成功率模塊，如iramx16up60a模塊，包含6個(gè)NPT IGBT 芯片, 每一個(gè)都有自己的分立柵級電阻, 6個(gè)整流二極管, 1個(gè)三相單片集成IC, 1個(gè)柵極驅動(dòng)芯片, 3個(gè)具有限流電阻器和一對過(guò)溫保護的NTC熱敏電阻/電阻的陰極負載二極管，因而可以大大簡(jiǎn)化功率驅動(dòng)電路的設計。圖2為該模塊的典型應用圖。

主機接口電路

　　IRMCK201提供了多種與外部主機通信方式，主機可以通過(guò)RS-232/RS-422/485、SPI接口或8位并行接口來(lái)配置和監控系統的運行。RS-232/RS-422/485通信方式可以通過(guò)硬件選擇，通過(guò)MAX232進(jìn)行電平轉換，RS-232接口允許PC直接對其進(jìn)行寄存器的配置修改及狀態(tài)讀取，通信波特率可以通過(guò)外部引腳來(lái)選擇。SPI接口方式中，芯片處于從方式，通信最高時(shí)鐘可達8MHz，可以實(shí)現與主機高速通信。不同通信方式通常都處于激活狀態(tài)，可以相互切換，但不能同時(shí)運行。

　　伺服電機電流檢測電路設計

　　通常伺服電機的電流檢測通過(guò)在電機相電路中串連一個(gè)小電阻，測量電阻壓降，通過(guò)A/D轉換進(jìn)行采集。IRMCK201提供與ADS7818 A /D轉換器接口，通過(guò)多路復用器4052可以輸

伺服電機相關(guān)文章:伺服電機工作原理

矢量控制相關(guān)文章:矢量控制原理

上一頁(yè) 1 2 下一頁(yè)