驅(qū)控一體化知識(shí)點(diǎn)

驅(qū)控一體化設(shè)計(jì)方案如下圖所示：電源的供電設(shè)計(jì)本電路系統(tǒng)主要包括兩大部分即控制部分和驅(qū)動(dòng)部分，控制部分是低電壓或5V、3.3V的邏輯電路，驅(qū)動(dòng)部分則包含隔離電路和電機(jī)側(cè)的高電壓部分。電源的設(shè)計(jì)上也應(yīng)當(dāng)做到相互隔離，以避免信號(hào)干擾，切斷物理連接，增強(qiáng)安全性。同時(shí)為了接線方便，易于使用，并發(fā)揮驅(qū)控一體的高度集成的特點(diǎn)，系統(tǒng)供電的基本方案如圖2-2所示：

表2-1電路電源列表Table.2-1CircuitPowerSupplyList電壓值來(lái)源川途24V220V穩(wěn)壓其他穩(wěn)壓芯片的輸入，電機(jī)抱閘電壓，10信號(hào)電壓8.5V電源管理芯片24丫轉(zhuǎn)換呃動(dòng)部分電路供電5.0V電源管理芯片2即轉(zhuǎn)換外圍芯片的5丫供電3.3V電源管理芯片24V轉(zhuǎn)換DSF和FPGAO'J10供電,-些芯片的電源2.5V電源管理芯片5V轉(zhuǎn)換FFGA鎖相環(huán)供電1.9V電源管理芯片5V轉(zhuǎn)換DSP核心電壓1.2V電源管理芯片3.3V轉(zhuǎn)換FPGA核心電圧!5V（驅(qū)動(dòng)部分）控制電路8.5丫轉(zhuǎn)換電流采樣參考電壓5V（驅(qū)動(dòng)部分，與控制電路隔離）隔離的16V電源轉(zhuǎn)換PWM信號(hào)隔離光耦供電16V（驅(qū)動(dòng)部分,隔離）DC-DC隔離電路轉(zhuǎn)換IPM供電5V（電流檢測(cè)部分,獨(dú)立供電源）自舉電壓轉(zhuǎn)換電流采樣芯片供電從表中町以看出弱電部分只需同輸入24V電源,然后24V經(jīng)電源管理芯片德州儀器公司從1982年便推出了第一款DSP芯片TMS32020,是DSP應(yīng)用歷史上的重要節(jié)點(diǎn)。德州儀器公司針對(duì)電機(jī)控制應(yīng)用的DSP主要是C2000系列。在1997年TI公司推出了針對(duì)電機(jī)控制應(yīng)用的TMS320F240x系列芯片,這一款16位的DSP處理器。該芯片通過(guò)控制一臺(tái)無(wú)刷直流電機(jī),最初使用在了汽車的助力轉(zhuǎn)向器上。盡管以現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,其性能和外設(shè)并不出眾。2011年,德州儀器推出了其雙核心平臺(tái),該平臺(tái)集成了C28x實(shí)時(shí)DSP運(yùn)算核心與易用的ARMM3核心，并且增加了一些通用接口如以太網(wǎng)和USB。這樣便將實(shí)時(shí)控制與監(jiān)控通訊等功能集成一體。DSP部分的電路主要包括供電電源、時(shí)鐘電路、JTAG調(diào)試接口、復(fù)位電路等。nRSTnRSTVDDnMRW[)]nRSTVDDnMRW[)]燈ND5 +3.3VD0,JuFTPS3823GND團(tuán)2-8DSP復(fù)伍電路

Fig.2-8ResetCircuitforDSP

叭「MMPW控制圖斗-2FPGA應(yīng)nj框圖Fig.4-2BlockdiagramofFPGAapplication光電編碼器隔離放人:隔離放人:￥相采樣U相采樣引：1邂禪編碼器通訊接【I電流讀取通訊接叭「MMPW控制圖斗-2FPGA應(yīng)nj框圖Fig.4-2BlockdiagramofFPGAapplication光電編碼器隔離放人:隔離放人:￥相采樣U相采樣引：1邂禪編碼器通訊接【I電流讀取通訊接【I編碼器通訊接【IPW控制NIOSII處理器矢盤控捌運(yùn)算核IPM逆變模塊IPM逆變模塊VIHADC*葉*ADC隔離放大隔離放人* RS185＞收發(fā)器RS185收發(fā)器光電編碼器A直線進(jìn)給單元的力模型和電路模型如圖2-4、圖2-5所示。在力模型中，m為直線運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量，F(xiàn)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)力，B為導(dǎo)軌的粘滯阻尼系數(shù)。電路模型中，L2、I2表示直線電三機(jī)的永磁體，線圈的電感為L(zhǎng)1，電機(jī)控制信號(hào)為E=E(t),R為線圈內(nèi)阻和控制信號(hào)內(nèi)阻(也就是功放的輸出阻抗之和)。由于在反饋環(huán)節(jié)中電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，故需加入低通濾波器。由于速度反饋中存在的電機(jī)高頻雜波信號(hào)，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，故在反饋通道上加低通濾波環(huán)節(jié)。但是濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號(hào)的作用。為了平衡濾波環(huán)節(jié)延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入一個(gè)同等時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，使給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的延時(shí)后能夠在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而給設(shè)計(jì)上帶來(lái)方便，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3-3b)所示。根據(jù)直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，取速度環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)Tov=800ys驅(qū)動(dòng)電路的核心是三相逆變，目前在永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)中廣泛使用了智能功率模塊(IntelligentPowerModule)作為驅(qū)動(dòng)的逆變部分IPM除實(shí)現(xiàn)IGBT逆變外，還集成了柵極驅(qū)動(dòng)、短路保護(hù)、過(guò)流過(guò)熱保護(hù)等，能減少電磁干擾的產(chǎn)生，減少散熱，提高效率和可靠性。PWM調(diào)制原理。占空比調(diào)節(jié)方式有三種；定寬調(diào)頻法、調(diào)寬調(diào)頻法和定頻調(diào)寬法，其中前兩者需要改變PWM脈沖信號(hào)頻率，容易引起系統(tǒng)振蕩［36］杜玉基于FPGA的直流電機(jī)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］.呼和浩保內(nèi)蒙古大學(xué)，2005。所以目前常采用定頻調(diào)寬法，保持脈沖頻率不變，改變高低電平持續(xù)時(shí)間。FPGA器件控制方式FPGA(FieldProgrammableGatesArray),即現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列，是一種高集成度的可編程邏輯器件。隨著FPGA工藝水平的不斷提高和制造成本的不斷下降，F(xiàn)PGA得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)從傳統(tǒng)的通訊領(lǐng)域延伸到了電機(jī)控制領(lǐng)域。FPGA是一種可以通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)各種功能的硬件設(shè)備，具有內(nèi)部的可配置I/O接口，可以保證數(shù)據(jù)的并行控制，避免相互之間的干擾，這一特點(diǎn)是其他處理器所不能做到的。相對(duì)于其他芯片處理器，采用FPGA設(shè)計(jì)的控制器具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：①由于在FPGA內(nèi)部采用模塊化設(shè)計(jì)，所有功能都在片內(nèi)實(shí)現(xiàn)，并可以自主擴(kuò)展I/O接口，可以在一個(gè)模塊外添加新的功能，使整個(gè)系統(tǒng)在單一芯片上實(shí)現(xiàn)；②相對(duì)于其他處理器軟件處理的方式，F(xiàn)PGA采用硬件實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度非?？?，采用并行運(yùn)行的方式，速度可以達(dá)到DSP處理速度的數(shù)倍以上；③相對(duì)于模擬連接方式，具有重復(fù)編程的能力，通過(guò)軟件的方式使系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力更高。綜上FPGA的特點(diǎn)，本文采用FPGA控制器作為控制系統(tǒng)的核心，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多臺(tái)無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)［18］

圖3.1霧頑直藐電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)枸框圖如圖3.1所示的是多無(wú)刷直潦電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,本系統(tǒng)共塑動(dòng)8個(gè)帶霍爾傳感器的無(wú)刷直流電