伺服電機(jī)控制系統(tǒng)

伺服電機(jī)控制系統(tǒng)伺服電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于數(shù)字化伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)矩環(huán)的性能直接影響著系統(tǒng)的控制效果，電流采樣的精度和實(shí)時(shí)性很大程度上決定了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，精確的電流檢測(cè)是提高系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和快速性的重要環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。在伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中，電流檢測(cè)的方案有多種，常見的一種方案是使用霍耳傳感器⑴，將電流信號(hào)經(jīng)過電磁轉(zhuǎn)換，變換為直流電壓信號(hào)輸出，然后，經(jīng)過運(yùn)放和比較器構(gòu)成的處理電路處理后，輸入到處理器；另一種方案是，取采樣電阻兩端的電壓，經(jīng)線性光藕或者隔離放大器進(jìn)行信號(hào)隔離，調(diào)理后接A/D轉(zhuǎn)換器輸入進(jìn)行數(shù)字化，獲取電流的采樣值，而數(shù)字化的過程即能夠利用處理器中的A/D轉(zhuǎn)換通道實(shí)現(xiàn)⑶4，也能夠利用根據(jù)原理實(shí)現(xiàn)的模擬量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的隔離調(diào)制芯片來實(shí)現(xiàn)⑵。本文經(jīng)過對(duì)這三種方案分別進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和具體實(shí)驗(yàn)后所得結(jié)果的比較分析，對(duì)三種方案各自的特點(diǎn)有了清晰的認(rèn)識(shí)，這有利于基于不同的條件選擇合適的方案來提高伺服控制系統(tǒng)的整體性能。2伺服電機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用交直交電壓型變頻電路，主電路由整流電路、濾波電路及智能功率模塊IPM逆變電路構(gòu)成，控制部分以DSP芯片TMS320LF2812為核心，CPLD作為輔助處理模塊，構(gòu)成功能齊全的全數(shù)字矢量控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，從圖1能夠看出，本系統(tǒng)是一個(gè)有電流、轉(zhuǎn)速和位置負(fù)反饋的三閉環(huán)系統(tǒng)，DSP負(fù)責(zé)采樣各相電流，計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置，最后運(yùn)用矢量控制算法，得到電壓矢量？咖控制信號(hào)，經(jīng)過光藕隔離電路后，驅(qū)動(dòng)逆變器功率開關(guān)器件；同時(shí)DSP還監(jiān)控變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路、過流、過壓、過熱等故障時(shí)，DSP將封鎖SVPWM信號(hào)，使電機(jī)停機(jī)，并經(jīng)過LED顯示°CPLD模塊負(fù)責(zé)對(duì)光柵尺反饋的位置信息和上位機(jī)發(fā)送脈沖形式指令信息進(jìn)行濾波和計(jì)數(shù)，并將數(shù)據(jù)以總線方式傳送給DSP；同時(shí)處理鍵盤輸入和顯示輸出，以及開關(guān)量的輸入輸出。伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中電流采樣的作用就是檢測(cè)交流同步電動(dòng)機(jī)的三相定子電流并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)輸入到DSP中，再由DSP的AD模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量進(jìn)行處理。因?yàn)楸疚难芯康氖侨嗥胶庀到y(tǒng)Ia+Ib+Ic=0，因此只要檢測(cè)其中的兩路電流，就能夠得到三相電流。

*新M展戶2812上猝栓塊J：lXJii.軸*新M展戶2812上猝栓塊J：lXJii.軸T入枷山松塊I■,位機(jī)迪1I-L〔好；4,方一心松塊ZK孑施何Hit同淬卵Ki■乜昭J期士為圖1全閉環(huán)立式加工中心的控制框圖3 三種電流采樣方案的分析與比較3.1利用霍耳傳感器采樣電流3.3.1 LEM霍耳傳感器介紹采用霍爾電流傳感器（LEM模塊）一一LA25-NP對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)?；魻柶骷鶕?jù)磁補(bǔ)償原理制作而成，它可傳感從直流到數(shù)百千赫茲的信號(hào)。它突出的特點(diǎn)是在整個(gè)工作區(qū)域內(nèi)輸出特性是線性的，功耗小，重量輕，溫度穩(wěn)定性好，測(cè)量頻帶寬，能測(cè)量各種波形的電流，而且電隔離，輸出為電壓信號(hào)或電流信號(hào)，精度普遍較高，因而使用極為方便可靠，是理想的電流傳感器；可是成本較高。3.2.1電流采樣電路設(shè)計(jì)電流采樣電路如圖2所示，由于TMS320F2812片內(nèi)的ADC模塊要求輸入0?3V的單極信號(hào)，必須將LEM輸出的小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過放大濾波后輸入DSP。因此，設(shè)計(jì)了如圖2所示的電路來進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，圖2中R1為霍爾傳感器件所允許的負(fù)載電阻，考慮到霍爾器件的輸出電流信號(hào)較弱，選用運(yùn)放構(gòu)成反相放大器，反相放大器的輸入阻抗很高，R2的影響能夠忽略，反相端經(jīng)過可調(diào)電阻輸入的參考電壓為2V，設(shè)定電機(jī)的最大啟動(dòng)電流為20A，當(dāng)I=20A時(shí)，對(duì)應(yīng)的ADC輸入為3V；當(dāng)1二—20A時(shí)，對(duì)應(yīng)的ADC輸入為0V；I=0時(shí)，ADC的輸入為1.5V，將具有正負(fù)極性的電流反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極信號(hào)送入DSP。

圖23.3.2電流采樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1中的數(shù)據(jù)為電流檢測(cè)電路的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從表中數(shù)據(jù)可知相對(duì)誤差均小于1%,說明采用LEM霍爾傳感器檢測(cè)電流具有較高的準(zhǔn)確度。表1實(shí)際采樣電