DSP控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)

1、1、請(qǐng)問大家，交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)在控制上有什么區(qū)別呢？看你針對(duì)什么說的，市面上買賣和應(yīng)用的一般是交流伺服系統(tǒng)和直流伺服系統(tǒng)，它包含了電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，我們一般做自動(dòng)化設(shè)計(jì)中所謂的伺服控制就是針對(duì)伺服系統(tǒng)而言如果是這個(gè)層面，二者控制并無區(qū)別，二者的區(qū)別在于價(jià)格和性能上。直流伺服價(jià)格便宜，但是直流伺服電機(jī)有個(gè)比較麻煩的東西，就是碳刷，這個(gè)東西是易損件，需要經(jīng)常更換。直流伺服要做到大功率也比較困難。 若是針對(duì)交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)的層面來說，交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)比直流伺服要復(fù)雜和困難，如果是自己設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器，選擇直流伺服電機(jī)會(huì)降低設(shè)計(jì)難度。當(dāng)然，做到這個(gè)層次，已經(jīng)不單純是工業(yè)自動(dòng)化的范疇了，涉

2、及到光學(xué)、數(shù)模電，單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)等等全面的知識(shí)。其他回答 共1條 2013-01-03 19:37 HYPERLINK http:/ t _blank ctx174| 六級(jí) 交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在控制上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波，但直流伺服比較簡單，便宜。2、單相異步電機(jī)與交流伺服電機(jī)的原理區(qū)別和聯(lián)系單向 HYPERLINK http:/ t _blank 異步電機(jī)是將單項(xiàng)交流 HYPERLINK http:/ t _blank 電通過電容移相,將原來相位的交流 HYPERLINK http:/ t _blank 電通給電機(jī)的主 HYP

3、ERLINK http:/ t _blank 繞組,電容移相后交流電供給啟動(dòng) HYPERLINK http:/ t _blank 繞組,從而虛擬出一個(gè)有兩對(duì)磁極組成的 HYPERLINK http:/ t _blank 旋轉(zhuǎn)磁場, HYPERLINK http:/ t _blank 轉(zhuǎn)子以少低于這個(gè)同步磁場的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn). HYPERLINK http:/ t _blank 伺服電機(jī)分為交流異步伺服和同步伺服,他們的共同點(diǎn)就是大多帶有反饋裝置,比如光電 HYPERLINK http:/ t _blank 編碼器等,且 HYPERLINK http:/ t _blank 伺服電機(jī)設(shè)計(jì)用來快速的進(jìn)

4、行響應(yīng)指令動(dòng)作,異步伺服的原理也是通過 HYPERLINK http:/ t _blank 旋轉(zhuǎn)磁場讓 HYPERLINK http:/ t _blank 轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),但是通過反饋裝置和控制器進(jìn)行半 HYPERLINK http:/ t _blank 閉環(huán)的控制可以通過改變給定的電源頻率和電壓來改變轉(zhuǎn)速和扭矩, HYPERLINK http:/ t _blank 交流伺服電機(jī)大多是三相供電,這樣可以方便的通過變頻控制器進(jìn)行控制.同步伺服的 HYPERLINK http:/ t _blank 轉(zhuǎn)子是一個(gè) HYPERLINK http:/ t _blank 磁體,轉(zhuǎn)子只能跟隨給定的 HYPERL

5、INK http:/ t _blank 旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn),在控制和性能上完全可以和 HYPERLINK http:/ t _blank 直流伺服電機(jī)媲美 HYPERLINK http:/ t _blank 步進(jìn)電機(jī)是 HYPERLINK http:/ t _blank 伺服電機(jī)的一種， HYPERLINK http:/ t _blank 伺服電機(jī)的范圍比較廣；同步異步都是指交流機(jī)，實(shí)際轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)速相同，相位角相同是同步機(jī)，否則是異步機(jī)；有刷無刷，在直流3、url HYPERLINK http:/ http:/ HYPERLINK http:/www.elecf/plus/search.p

6、hp?kwtype=0&searchtype=title&keyword=交流伺服&PageNo=2 http:/www.elecf/plus/search.php?kwtype=0&searchtype=title&keyword=交流伺服&PageNo=24、伺服和變頻的區(qū)別導(dǎo)讀 伺服與變頻的一個(gè)重要區(qū)別是: 變頻可以無編碼器,伺服則必須有編碼器,作電子換向用，交流伺服的技術(shù)本身就是借鑒并應(yīng)用了變頻的技術(shù)，在直流電機(jī)的伺服控制的基礎(chǔ)上通過變頻的關(guān)鍵詞： HYPERLINK http:/www.elecf/tags/%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E6%8E%A7%E5%88%B6/

7、t _blank 伺服控制 HYPERLINK http:/www.elecf/tags/%E5%8F%98%E9%A2%91%E5%99%A8/ t _blank 變頻器一、兩者的共同點(diǎn)：伺服與變頻的一個(gè)重要區(qū)別是: 變頻可以無編碼器,伺服則必須有編碼器,作電子換向用，交流伺服的技術(shù)本身就是借鑒并應(yīng)用了變頻的技術(shù)，在直流電機(jī)的伺服控制的基礎(chǔ)上通過變頻的PWM方式模仿直流電機(jī)的控制方式來實(shí)現(xiàn)的，也就是說交流伺服電機(jī)必然有變頻的這一環(huán)節(jié)：變頻就是將工頻的50、60HZ的交流電先整流成直流電，然后通過可控制門極的各類晶體管(IGBT，IGCT等)通過載波頻率和PWM調(diào)節(jié)逆變?yōu)轭l率可調(diào)的波形類似于正

8、余弦的脈動(dòng)電，由于頻率可調(diào)，所以交流電機(jī)的速度就可調(diào)了(n=60f/2p ，n轉(zhuǎn)速，f頻率， p極對(duì)數(shù))二、談?wù)勛冾l器：簡單的變頻器只能調(diào)節(jié)交流電機(jī)的速度，這時(shí)可以開環(huán)也可以閉環(huán)要視控制方式和變頻器而定，這就是傳統(tǒng)意義上的V/F控制方式?，F(xiàn)在很多的變頻已經(jīng)通過數(shù)學(xué)模型的建立，將交流電機(jī)的定子磁場UVW3相轉(zhuǎn)化為可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)電流的分量，現(xiàn)在大多數(shù)能進(jìn)行力矩控制的著名品牌的變頻器都是采用這樣方式控制力矩，UVW每相的輸出要加摩爾效應(yīng)的電流檢測裝置，采樣反饋后構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋的電流環(huán)的PID調(diào)節(jié);ABB的變頻又提出和這樣方式不同的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，具體請(qǐng)查閱有關(guān)資料。這樣可以既控制電機(jī)

9、的速度也可控制電機(jī)的力矩，而且速度的控制精度優(yōu)于v/f控制，編碼器反饋也可加可不加，加的時(shí)候控制精度和響應(yīng)特性要好很多。三、談?wù)勊欧候?qū)動(dòng)器方面：伺服驅(qū)動(dòng)器在發(fā)展了變頻技術(shù)的前提下，在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)(變頻器沒有該環(huán))都進(jìn)行了比一般變頻更精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上也比傳統(tǒng)的伺服強(qiáng)大很多，主要的一點(diǎn)可以進(jìn)行精確的位置控制。通過上位控制器發(fā)送的脈沖序列來控制速度和位置(當(dāng)然也有些伺服內(nèi)部集成了控制單元或通過總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動(dòng)器里)，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的算法和更快更精確的計(jì)算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更優(yōu)越于變頻器。電機(jī)方面：伺服電機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)和加工

10、工藝要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)(一般交流電機(jī)或恒力矩、恒功率等各類變頻電機(jī))，也就是說當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時(shí)，伺服電機(jī)就能根據(jù)電源變化產(chǎn)生響應(yīng)的動(dòng)作變化，響應(yīng)特性和抗過載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)，電機(jī)方面的嚴(yán)重差異也是兩者性能不同的根本。就是說不是變頻輸出不了變化那么快的電源信號(hào)，而是電機(jī)本身就反應(yīng)不了，所以在變頻的內(nèi)部算法設(shè)定時(shí)為了保護(hù)電機(jī)做了相應(yīng)的過載設(shè)定。當(dāng)然即使不設(shè)定變頻器的輸出能力還是有限的，有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅(qū)動(dòng)1伺服電機(jī)!四、談?wù)劷涣麟姍C(jī)：交流電機(jī)一般分為同步和異步電機(jī)1、交流同步電機(jī)：就是轉(zhuǎn)子是由永磁材料構(gòu)成，所以轉(zhuǎn)動(dòng)后，隨著電機(jī)的

11、定子旋轉(zhuǎn)磁場的變化，轉(zhuǎn)子也做響應(yīng)頻率的速度變化，而且轉(zhuǎn)子速度=定子速度，所以稱同步。2、交流異步電機(jī)：轉(zhuǎn)子由感應(yīng)線圈和材料構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)后，定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場切割定子的感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)磁場，感應(yīng)磁場追隨定子旋轉(zhuǎn)磁場的變化，但轉(zhuǎn)子的磁場變化永遠(yuǎn)小于定子的變化，一旦等于就沒有變化的磁場切割轉(zhuǎn)子的感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子線圈中也就沒有了感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子磁場消失，轉(zhuǎn)子失速又與定子產(chǎn)生速度差又重新獲得感應(yīng)電流。所以在交流異步電機(jī)里有個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是轉(zhuǎn)差率就是轉(zhuǎn)子與定子的速度差的比率。3、對(duì)應(yīng)交流同步和異步電機(jī)變頻器就有相映的同步變頻器和異步變頻器，伺服電機(jī)也有交流同步伺服和交流異步伺服

12、，當(dāng)然變頻器里交流異步變頻常見，伺服則交流同步伺服常見。5、基于DSP對(duì)永磁正弦波交流伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間:2008-11-6 3:40:00 點(diǎn)擊: 43 來源：微計(jì)算機(jī)信息Design of PMSM Speed Control System based on DSP 摘要：本文通過對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的理論分析，以及磁場定向控制的研究，從理論上證明了磁場定向控制在交流電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域上的又一次重大發(fā)展。并用DSP對(duì)一臺(tái)1.05千瓦的永磁正弦波交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)際控制，充分驗(yàn)證了理論設(shè)計(jì)的可靠性和實(shí)用性。最后得出了一些重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞：永磁同步電動(dòng)機(jī)，矢量控制，磁場定向控制，逆變器A

13、bstract: Through the theory analyses of PMSM timing and the research of field orientable control, this paper theoretically prove another great achievement of field orientable control in the fields of AC motor timing. The reliability and practicality of this theory design are testified by experimenta

14、l operation of a 1.05kW PMSM, and finally obtain some crucial experimental parameters and outcomes. Key words: PMSM，Vector control, Field orientable control, Inverter1 引言永磁同步電動(dòng)機(jī)主要用于千瓦級(jí)的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)常用于快速、正確、精密的位置控制場合，因此要求電動(dòng)機(jī)有大的過載能力，小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等特性；控制系統(tǒng)有盡可能高的通頻帶和放大系數(shù)，以使整個(gè)伺服系統(tǒng)具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。永磁同步電動(dòng)機(jī)體積小，重量

15、輕，效率高，轉(zhuǎn)子無發(fā)熱問題，控制系統(tǒng)較異步電動(dòng)機(jī)簡單。因此由永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的伺服系統(tǒng)已受到國內(nèi)外的普遍重視，廣泛用于柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人、辦公室自動(dòng)化、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。本文將對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)原理框圖如圖1。整個(gè)系統(tǒng)由主回路和控制回路兩個(gè)部分組成。主回路包括：智能功率模塊（IPM）、永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）、轉(zhuǎn)子位置和速度檢測器、電流傳感器、不可控三相整流電路?？刂苹芈钒ǎ篢MS320LF2407評(píng)估板（EVM）該評(píng)估板內(nèi)含電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、矢量變換器、PWM生成器以及轉(zhuǎn)速變換器的功能和三相門極驅(qū)動(dòng)電路

16、以及作為操作與顯示單元的上位計(jì)算機(jī)。 圖 1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)原理框圖(1) 控制單元采用TMS320LF2407 EVM板，所有控制算法都由DSP控制器來完成。DSP控制器的比較單元和PWM電路生成的SVPWM信號(hào)，送入智能功率模塊（IPM）后，控制IPM中的六只絕緣柵雙極晶體管（IGBT）；接收電流傳感器信號(hào)，位置、速度傳感器信號(hào)；通過RS232接口與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊；通過JTAG口與仿真器相連。(2) 本設(shè)計(jì)使用三菱公司推出的PS21867模塊。該智能功率模塊（IPM）采用第5代IGBT工藝，內(nèi)置優(yōu)化后的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，輸出功率強(qiáng)勁的三相波形。具有低成本、小型化、高可靠性、易使用等

17、特點(diǎn)。1/4開關(guān)頻率可達(dá)15KHz。(3) 檢測電路：a. 兩相電流由霍爾傳感器檢測，經(jīng)電流檢測電路變換為EVM A/D轉(zhuǎn)換器能夠接收的信號(hào)，兩相電流同時(shí)轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換時(shí)間大約6.6us。b. PMSM編碼器的輸出直接接至DSP控制器QEP單元來獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的信息。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整個(gè)程序主要由系統(tǒng)主程序、PWM程序、定時(shí)中斷程序等組成。系統(tǒng)主程序的流程圖如圖2。首先系統(tǒng)對(duì)DSP及其他外圍器件進(jìn)行初始化；然后設(shè)置允許中斷INT1、INT2和INT4，其中INT1只在PDPINT有效時(shí)被激活，INT4響應(yīng)位置傳感器的零標(biāo)記脈沖，INT2在定時(shí)器1計(jì)數(shù)溢出時(shí)響應(yīng)，執(zhí)行系統(tǒng)的算法控制模塊；

18、此外還要進(jìn)行一些運(yùn)行參數(shù)和控制循環(huán)的標(biāo)記的設(shè)置；最后就進(jìn)入后臺(tái)等待狀態(tài)，隨時(shí)響應(yīng)各中斷，運(yùn)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序的簡單設(shè)計(jì)框圖如圖2。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上比較類似，都遵循響應(yīng)中斷系統(tǒng)狀態(tài)保存清中斷標(biāo)記執(zhí)行中斷服務(wù)恢復(fù)系統(tǒng)狀態(tài)結(jié)束這樣的基本順序。6、全數(shù)字交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、大規(guī)模可編程門陣列（CPLD）、智能化功率模塊（IPM）器件，以轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制及電壓空間矢量（SVPWM）技術(shù)為核心控制算法，開發(fā)了一款高性能、功能完善的、全數(shù)字的永磁同步電機(jī)（PMSM）交流伺服系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該交流伺服系統(tǒng).摘要:采用數(shù)字 HYPERLINK http:

19、/www.51bas/my/tag_21495a20449/ t _blank 信號(hào) HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_1_22120a29702a22788/ t _blank 處理器（ HYPERLINK http:/www.51bas/electron/adhibition/dsp/ t _blank DSP）、大規(guī)?？?HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_31243a32534/ t _blank 編程門陣列（C HYPERLINK http:/www.51bas/electron/adhibition/eda/ t _bl

20、ank PLD）、智能化功率 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_22359a27169/ t _blank 模塊（IPM）器件，以轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制及 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_1_21387a30005/ t _blank 電壓空間矢量（SVPWM）技術(shù)為核心控制算法，開發(fā)了一款高 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_-32515a24615/ t _blank 性能、功能完善的、全數(shù)字的永磁同步 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_26426a30005/

21、t _blank 電機(jī)（PMSM）交流伺服系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該交流伺服系統(tǒng)響應(yīng)速度快，剛度高，達(dá)到了工業(yè)要求。 0前言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、 HYPERLINK http:/www.51bas/electron/ t _blank 電子技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的快速提高，采用全數(shù)字控制的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)已逐步取代傳統(tǒng)的步進(jìn)伺服、直流伺服及采用模擬控制的交流伺服系統(tǒng)，成為當(dāng)代伺服控制的主流，被廣泛應(yīng)用于高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器、特種 HYPERLINK http:/www.51bas/machine/mc/ t _blank 加工裝備和精細(xì)進(jìn)給系統(tǒng)中1。本文作者采用TI公司專用于電機(jī)控制的DSP芯片

22、TMS320LF2407，以軟件方式實(shí)現(xiàn)矢量變換控制 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_27969a30005/ t _blank 電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)的 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_1_68a73a80/ t _blank PID實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù);采用三菱公司的智能功率模塊IPM作為功率變換裝置;加上簡便的操作面板及其它必要的外圍 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_1_-29201a30005/ t _blank 電路構(gòu)成了一套完整的永磁同步電機(jī)全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)。1系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)以DSP為核心

23、的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如下:（1） HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_20196a25351/ t _blank 指令輸入模式:脈沖列輸入方式、數(shù)字輸入方式、模擬輸入方式;（2）工作模式:位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制方式;（3）調(diào)速比:15000;（4）響應(yīng)時(shí)間20ms;（5）最高轉(zhuǎn)速:3000r/min，回轉(zhuǎn)定位精度1/10000r;（6）保護(hù):過電流、過電壓、欠電壓、電機(jī)失速、堵轉(zhuǎn)、過載、位置超差等自動(dòng)保護(hù)。2調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)交流伺服系統(tǒng)采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制2來保證伺服系統(tǒng)的高性能和高可靠性。伺服系統(tǒng)中所有的控制運(yùn)算都由DSP完成的。電流調(diào)節(jié)是通過調(diào)整

24、電樞電流，即調(diào)整IGBT占空比來實(shí)現(xiàn)的。電樞電流與IGBT占空比的關(guān)系為3其中:I0為平均負(fù)載輸出電流;D為斬波器占空比;R為電樞電阻;E為電機(jī)反電勢(shì);Ud為直流電壓。DSP片內(nèi)的三相PWM電路能夠很方便地產(chǎn)生所需的IGBT占空比調(diào)制信號(hào)4，它可以通過軟件 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_32622a-29762/ t _blank 設(shè)置PWM的 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_20851a24320/ t _blank 開關(guān)頻率、死區(qū)時(shí)間、最小脈沖寬度和補(bǔ)償時(shí)間等來實(shí)現(xiàn)。IGBT占空比調(diào)節(jié)流程圖如圖1所示。 圖1IGBT占空

25、比調(diào)節(jié)流程圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于TI公司的TMS320LF2407（DSP），是專為電機(jī)控制而推出的一代微 HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_1_22120a21046a25511/ t _blank 控制器，它具有高性能的C2XLP內(nèi)核，采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，四級(jí)流水線操作，片內(nèi)集成的事件管理器EVA、EVB各包括3個(gè)獨(dú)立的雙向定時(shí)器，支持產(chǎn)生可編程死區(qū)的PWM輸出;4個(gè)捕獲口中的兩個(gè)可以直接連接來自 HYPERLINK http:/www.51bas/electron/adhibition/display/ t _blank 光電編碼器的正交編碼脈沖

26、;兩個(gè)獨(dú)立的10位八路A/D轉(zhuǎn)換器可同時(shí)并行完成兩個(gè)模擬輸入的轉(zhuǎn)換，片內(nèi)集成的串行通訊接口（SCI）及串行外設(shè)接口（SPI）可用于與上位機(jī)、外設(shè)和多處理器之間的通訊。40個(gè)可獨(dú)立編程的復(fù)用I/O口可以選配成鍵盤輸入和示波器顯示的輸入輸出口。TMS320LF2407的些性能為電機(jī)控制提供了可行的解決方案。3.1系統(tǒng)板設(shè)計(jì)伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)板主要由DSP最小系統(tǒng)、位置、速度檢測環(huán)節(jié)、電流檢測環(huán)節(jié)、通訊模塊等組成。TMS320LF2407最小系統(tǒng)由DSP芯片、313V HYPERLINK http:/www.51bas/electron/adhibition/power/ t _blank 電源、20M

27、HZ晶振、外擴(kuò)64K靜態(tài)RAM和外擴(kuò)接線引腳組成。系統(tǒng)通過JTAG接口可以和仿真器連接，進(jìn)行在線調(diào)試。采用復(fù)合式增量光電編碼器作為位置檢測裝置，其輸出為6路信號(hào)，其中兩路為正交的A、B脈沖信號(hào)，一路為零位檢測脈沖信號(hào)Z，另三路為相差120的霍爾位置信號(hào)U、V、W，從而很好地解決了增量式光電編碼器不能提供初始絕對(duì)位置這一問題。三路霍爾可以有6個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)表示60電角度，則當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，三路霍爾信號(hào)可以提供轉(zhuǎn)子所在60的位置區(qū)間。為了減小誤差，取每個(gè)位置中間值作為轉(zhuǎn)子的初始位置，這樣，在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，導(dǎo)通角與實(shí)際轉(zhuǎn)子位置最多有30電角度的誤差。經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，在最壞的情況下，電機(jī)能夠產(chǎn)生

28、足夠的轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。正常工作時(shí)，對(duì)正交的A、B脈沖信號(hào)進(jìn)行累積計(jì)算，可以得到轉(zhuǎn)子的相對(duì)角位移。電機(jī)速度的計(jì)算通過求單位時(shí)間位置變化量而求得。采用4倍頻的方法以提高光電碼盤的定位精度。TMS320F2407的事件管理模塊中的正交脈沖編碼（QEP）電路可以對(duì)增量式光電碼盤產(chǎn)生的兩路脈沖信號(hào)進(jìn)行4倍頻譯碼和計(jì)算4，從而實(shí)現(xiàn)讀取處于轉(zhuǎn)動(dòng)工作狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息。編碼器信號(hào)A、B經(jīng)由CPLD進(jìn)行去噪處理后直接接到DSP的QEP1、QEP2引腳。采用變比11000的霍爾元件檢測主回路電流信號(hào)。TMS320LF2407內(nèi)部有兩個(gè)10位的A/D轉(zhuǎn)換器，每一個(gè)可以接8路模擬信號(hào)。TMS320LF2407的

29、A/D輸入信號(hào)范圍為05V，先將霍爾輸出的小電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，再經(jīng)放大濾波后進(jìn)入DSP內(nèi)部的A/D通道進(jìn)行反饋控制。只需檢測兩路電流信號(hào)即可對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行控制4。伺服驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的模擬量控制接口，容易受到外部信號(hào)干擾，傳輸距離短。我目前伺服驅(qū)動(dòng)裝置上大量采用的脈沖式控制接口，也不是真正意義上的數(shù)字接口。這種接口受脈沖頻率的限制，不能滿足高速、高精控制的要求。TMS320F2407A包含了高速C2XXDSP HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_1_85a80a67/ t _blank CPU內(nèi)核及SCI HYPERLINK http:/www.51bas/elec

30、tron/adhibition/communicate/ t _blank 通信模塊，為實(shí)時(shí)通信提供了方便。本系統(tǒng)采用SCI進(jìn)行控制接口的設(shè)計(jì)4。圖2通訊硬件接口圖 如圖2所示，利用MAX3223進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，TMS320LF2407與PC的通訊采用三線制，通訊中，雙方都被看作終端設(shè)備，采用全雙工模式。 3.2主回路設(shè)計(jì)圖3主回路主回路主要由整流、濾波電路及三菱公司的智能功率模塊IPM（PS212552E）、開關(guān)電源、保護(hù)電路等組成。IPM模塊將6只IGBT封裝在一起，組成三相全橋逆變電路，體積小，重量輕，內(nèi)部有驅(qū)動(dòng)電路，并設(shè)計(jì)過壓、過流、過熱及欠電流保護(hù)電路。DSP輸出PWM信號(hào)經(jīng)光電隔離輸

31、入到IPM的輸入端;過流、過壓、過熱、過載、編碼器反饋斷線、通訊失敗等故障信號(hào)也經(jīng)隔離送到DSP。當(dāng)出現(xiàn)故障信號(hào)，DSP立刻封鎖PWM輸出，從而保證安全運(yùn)行。主回路設(shè)計(jì)如圖3所示。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)TMS320LF2407型DSP支持C語言編程及混合編程，具有JTAG接口。利用仿真器和TI公司CC2000仿真軟件就能方便地對(duì)所編寫的程序進(jìn)行調(diào)試。為提高控制的實(shí)時(shí)性，軟件采用中斷服務(wù)來實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換、QEP捕捉和PI調(diào)節(jié)。圖4圖5系統(tǒng)軟件按下述方式工作:DSP初始化，包括GPIO、ADC、EV，然后開核中斷;利用U、V、W信號(hào)確定轉(zhuǎn)子磁極初始位置，然后觸發(fā)PWM信號(hào)，使電機(jī)旋轉(zhuǎn);得到Z信號(hào)后，系統(tǒng)進(jìn)入

32、主循環(huán)。DSP每個(gè)PWM周期采樣相電流，進(jìn)行電流調(diào)整;電流環(huán)循環(huán)計(jì)數(shù)值與給定值相等時(shí)，進(jìn)行速度調(diào)整，系統(tǒng)主程序如圖4所示。主循環(huán)中進(jìn)行上位機(jī)與DSP的通訊，如圖5所示。5實(shí)物實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)用電機(jī)數(shù)如表1所列，圖6給出了空載情況下目標(biāo)速度為200r/min時(shí)的速度階躍響應(yīng)特性，由圖6可以看出其響應(yīng)時(shí)間為10ms，穩(wěn)態(tài)誤差小于1%最大超調(diào)量小于5%，因此該系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能;圖7記錄了系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗(yàn)的過程，在115s時(shí)刻系統(tǒng)突加50%負(fù)載，可以看到該系統(tǒng)很快恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài);圖8顯示的是系統(tǒng)跟隨性能試驗(yàn)的結(jié)果，在系統(tǒng)零速狀態(tài)下，輸入對(duì)應(yīng)于額定轉(zhuǎn)速的階躍指令，可以看出系統(tǒng)響應(yīng)速度快，跟隨性能優(yōu)越;在位置

33、跟試驗(yàn)中，通過輸入不同頻率（0F500kHz）的脈沖指令，通過觀察該系統(tǒng)面板操作器上的位置偏移脈沖監(jiān)視，可以看到該系統(tǒng)的定位精度為1個(gè)脈沖。圖6速度響應(yīng) HYPERLINK http:/www.51bas/my/tag_32447a26354/ t _blank 曲線6結(jié)論 以永磁同步電機(jī)、DSP、CPLD、IPM和光電編碼器構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、控制精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。電流環(huán)采樣頻率可以達(dá)到10kHz以上，可以提供足夠的頻帶寬，從而實(shí)現(xiàn)高精度、快速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，該矢量控制系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足工程設(shè)計(jì)要求，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。參考文獻(xiàn)【1】王健.現(xiàn)代交流

34、伺服系統(tǒng)技術(shù)和市場發(fā)展綜述J.伺服控制，2007（1）.【2】郭慶鼎，王成元.交流伺服系統(tǒng)M.北京: HYPERLINK http:/www.51bas/machine/ t _blank 機(jī)械工業(yè)出版社，1994.【3】劉念洲，劉曉林，王堅(jiān)強(qiáng).基于DSP的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.船電技術(shù)，2004（2）.【4】劉和平，嚴(yán)利平，張學(xué)鋒，卓清鋒.TMS320LF240XDSP結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用M.北京:北京航空航天出版社，200213.6基于SERCOS總線的永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器研究2013-06-18 22:19:16作者：來源： HYPERLINK http:/www.idnov/zhi

35、zao/show.php?itemid=23691 l # t _blank 網(wǎng)絡(luò)本文基于SERCOS總線通信協(xié)議，采用TMSF2812型DSP和FPGA，設(shè)計(jì)了全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置。該驅(qū)動(dòng)適合于多軸伺服系統(tǒng)，各軸具有更好的同步性能。論文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)方案、硬件設(shè)計(jì)、主要功能和性能指標(biāo)。在數(shù)控銑床上加工測試表明，該伺服驅(qū)動(dòng)器可以達(dá)到1m加工精度，同時(shí)系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)特性和加工后工件的光潔度均達(dá)到要求，滿足了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服的實(shí)際生產(chǎn)需求。 0 引言近年來，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、火炮等領(lǐng)域得到十分廣泛的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，CNC與各伺服驅(qū)動(dòng)之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，CNC向驅(qū)動(dòng)

36、器的設(shè)定和驅(qū)動(dòng)器向CNC的反饋多采用脈沖方式，脈沖的數(shù)量代表位置，脈沖的頻率代表速度。由于CNC對(duì)各伺服驅(qū)動(dòng)的分時(shí)控制和反饋，各進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)接收到設(shè)定信號(hào)后自行處理而沒有同步約束，難以滿足高性能系統(tǒng)的同步加工要求。SERCOS(Serial Realtime Communication System)是由德國主要系統(tǒng)制造商CNC、伺服系統(tǒng)制造商和研究技工共同發(fā)起并建立的一套CNC與數(shù)字伺服系統(tǒng)的總線接口標(biāo)準(zhǔn)，這種總線具有完全開放的通訊結(jié)構(gòu)、嚴(yán)格的同步機(jī)制和極佳的抗干擾能力，在惡劣的環(huán)境下能夠可靠的實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)同步控制。1995年，SERCOS接口協(xié)議被批準(zhǔn)為IECl491 SYST.

37、EM.Interface國際標(biāo)準(zhǔn)，也是迄今為止用于數(shù)字伺服和傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的唯一國際標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)SERCOS的定義，其實(shí)施涉及伺服驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，本文專注于伺服驅(qū)動(dòng)控制。首先介紹該控制器的功能設(shè)計(jì)，然后介紹硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，最后介紹該驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制器聯(lián)接在數(shù)控機(jī)床上的運(yùn)行和測試效果。1 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 功能設(shè)計(jì)由于數(shù)控系統(tǒng)通信系統(tǒng)的變化，必然引起系統(tǒng)中相關(guān)環(huán)節(jié)功能劃分的變化。傳統(tǒng)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，進(jìn)給伺服位置控制功能通常是由CNC去完成的。當(dāng)采用SERCOS通信系統(tǒng)以后，位置控制由伺服驅(qū)動(dòng)去完成，有助于提高系統(tǒng)的位置控制的實(shí)時(shí)性。其它的功能與傳統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)的功能沒有多大變化。主要

38、功能為：(1)位置、速度、轉(zhuǎn)矩三閉環(huán)控制(2)點(diǎn)動(dòng)(JOG)模式(3)外部模擬數(shù)字轉(zhuǎn)速設(shè)定(4)SERCOS現(xiàn)場總線通訊(5)能耗制動(dòng)(6)診斷、報(bào)警與保護(hù)功能1.2 性能指標(biāo)設(shè)計(jì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)設(shè)計(jì)如表1所示。 1.3 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。 圖1 伺服驅(qū)動(dòng)器硬件結(jié)構(gòu)圖主電路將三相交流電整流、濾波后經(jīng)IPM(PMl00RLA060)逆變?yōu)殡妷汉皖l率可變的三相正弦交流電向交流伺服電動(dòng)機(jī)供電?？刂齐娐分饕蒚I公司的TMS320F2812型DSP作為控制核心，其豐富的外設(shè)資源和獨(dú)具PWM信號(hào)產(chǎn)生模塊非常適合電機(jī)控制。同時(shí)其外圍還配以FPGA邏輯電路、

39、存儲(chǔ)擴(kuò)展電路、SERCOS現(xiàn)場總線通訊電路、鍵盤和顯示電路等。伺服驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)如圖2所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)利用散熱器為支架，電路板分為控制板和驅(qū)動(dòng)板上下兩層，各種接口布置在同一側(cè)以方便使用。 圖2伺服驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)1.4 伺服驅(qū)動(dòng)器軟件設(shè)計(jì)整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器采用磁場定向空間矢量控制(SVPWMW)算法，坐標(biāo)系為dq旋轉(zhuǎn)軸系，id=0矢量控制方式。系統(tǒng)中空間矢量算法運(yùn)算、采樣周期優(yōu)化、載波頻率優(yōu)化、位置/轉(zhuǎn)速/電流三閉環(huán)控制等都由DSP完成。將脈沖的計(jì)數(shù)、變M/T法測速、按鍵和顯示任務(wù)由FPGA處理，以節(jié)約DSP的資源，保證伺服驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、高精度等性能。2 運(yùn)行及測試效果運(yùn)行及測試在某公司XKHL650

40、型立式數(shù)控銑床上進(jìn)行(如圖3所示)。 圖3立式銑床三軸伺服控制硬件整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。銑床進(jìn)給伺服電機(jī)采用日本三洋公司的P10818200BXS型電機(jī)，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速2000r/min，編碼器分辨率6000pluse/r，額定功率2kW。 圖4數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)框圖在使用該伺服驅(qū)動(dòng)器的數(shù)控機(jī)床上精加工了該企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)測試件半球和四極模工件，加工后的工件如圖5和圖6所示。 使用球桿儀和三坐標(biāo)測量儀對(duì)工件進(jìn)行測量，球桿儀的技術(shù)術(shù)語有反向躍沖、伺服不匹配誤差和圓度等。其中反向躍沖用于檢測機(jī)床和伺服系統(tǒng)整體的動(dòng)態(tài)特性，反向躍沖越小，則伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快;伺服不匹配誤差用于檢測軸間的聯(lián)動(dòng)性能，伺服不匹配誤差越

41、小，則說明機(jī)床各軸間的聯(lián)動(dòng)性能越好，對(duì)負(fù)載的擾動(dòng)變化響應(yīng)越一致;圓度則說明機(jī)床運(yùn)行軌跡是半徑為100mm的圓時(shí)，正反方向半徑的最大誤差，誤差值越小，表明數(shù)控機(jī)床加工工件的性能越高。球桿儀和三坐標(biāo)儀測試結(jié)果如圖7、圖8所示。結(jié)果顯示工件的反向躍沖、伺服不匹配、圓度和表面光潔度等重要參數(shù)均達(dá)到產(chǎn)品加工要求。 3 結(jié)論(1)研究的交流永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良、多軸間聯(lián)動(dòng)性好，驅(qū)動(dòng)器可以應(yīng)用到多軸(含聯(lián)動(dòng))數(shù)控機(jī)床上。(2)研究的驅(qū)動(dòng)器引人SERCOS現(xiàn)場總線通訊，使系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)性、可靠性、軸間同步性能，能滿足高精高速加工要求，同時(shí)為將來向更高速、高精發(fā)展提供了條件。(3)研究的驅(qū)

42、動(dòng)器能達(dá)到1 m的加工精度，若采用更高線數(shù)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，有助于進(jìn)一步提高加工精度。7、改善精密機(jī)床伺服系統(tǒng)低速性能的研究改善精密機(jī)床伺服系統(tǒng)低速性能的研究摘要：CAD/CAM的發(fā)展方向PDM 嵌入式軟PLC虛擬機(jī)在電氣測試中應(yīng)用加工模具和注塑件的“利器”帶停頓的鉆孔循環(huán) G82秦川機(jī)床數(shù)控成形磨齒機(jī)又添新丁 機(jī)床用光柵測量技術(shù)的最新發(fā)展用子程序調(diào)用指令銑削4個(gè)槽的編程源程序水基切削液使用方法和注意事項(xiàng) IGBT中頻變頻器的現(xiàn)場應(yīng)用探討 SOUVIS：激光焊接與釬焊質(zhì)量控制的工具專為精密、高效生產(chǎn)設(shè)計(jì)的HSM加工單元數(shù)控車間(機(jī)床)集成管理技術(shù)及產(chǎn)品 基于DSP的弧焊逆變電源數(shù)字化控制系統(tǒng)CW61

43、63車床擴(kuò)大加工范圍的改造干燥裝置熱泵式低溫的研制分析現(xiàn)代技術(shù)陶瓷及應(yīng)用數(shù)控車床自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀臺(tái)設(shè)計(jì)銑刀(可轉(zhuǎn)位)的合理選用采用單一標(biāo)準(zhǔn)化刀具系統(tǒng)節(jié)省成本和時(shí)間變頻器和PLC在9米龍門銑床中的應(yīng)用 標(biāo)簽:tag 數(shù)控機(jī)床與加工中心是加工制造業(yè)的重要設(shè)備，而精密機(jī)床在高質(zhì)量加工中必不可少。精密機(jī)床正常工作狀態(tài)下，工作臺(tái)的進(jìn)給速度往往要求到1cm/min，這就要求精密機(jī)床伺服系統(tǒng)具有極佳的低速特性。因而低速性能作為衡量機(jī)床伺服系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)越來越引起人們的重視。設(shè). 數(shù)控機(jī)床與加工中心是加工制造業(yè)的重要設(shè)備，而精密機(jī)床在高質(zhì)量加工中必不可少。精密機(jī)床正常工作狀態(tài)下，工作臺(tái)的進(jìn)給速度往往要求到1cm

44、/min，這就要求精密機(jī)床伺服系統(tǒng)具有極佳的低速特性。因而低速性能作為衡量機(jī)床伺服系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)越來越引起人們的重視。設(shè)法改善數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的低速性能，對(duì)提高機(jī)床性能、加工質(zhì)量及降低成本無疑具有重要的意義。本文以數(shù)控機(jī)床常用的永磁交流伺服系統(tǒng)為對(duì)象，分析了影響系統(tǒng)低速性能的原因，給出了相應(yīng)的解決辦法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了方法的可行性和有效性。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖1為數(shù)控機(jī)床交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖1 數(shù)控機(jī)床交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖以TI公司的DSPTMS320F240為控制核心，主要完成電流環(huán)、速度環(huán)，2/3坐標(biāo)變換、PWM生成及檢測環(huán)節(jié)的計(jì)算和整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。主回路采用了IPM智能功率模塊，受控對(duì)

45、象為永磁同步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為2000r/min，速度檢測采用每轉(zhuǎn)產(chǎn)生2000脈沖的光電脈沖編碼器。 影響數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)低速性能的原因 定子電流及齒槽效應(yīng)的影響 速度波動(dòng)是衡量伺服系統(tǒng)低速特性一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。該性能指標(biāo)用轉(zhuǎn)速不均勻度來表示，如式(1):為轉(zhuǎn)速波動(dòng)，為實(shí)際轉(zhuǎn)速，Nmax為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)速，Nmin為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)最小轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速擾動(dòng)是由轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)引起的。在實(shí)際工作過程中，伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩Te不是恒定不變的，在中高速情況下轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行特性的影響可以忽略不計(jì)。但對(duì)于要求在低速下能夠平穩(wěn)運(yùn)行的高精度伺服系統(tǒng)而言影響很大。這是因?yàn)樵诘退?，特別是在空載情況下，加在電機(jī)定子繞組上的

46、控制信號(hào)十分微小，擾動(dòng)信號(hào)大小可以與控制信號(hào)相比較，甚至超過正常的控制信號(hào)，伺服系統(tǒng)輸出的角速度將在擾動(dòng)力矩作用下產(chǎn)生波動(dòng)，破壞低速運(yùn)行的平穩(wěn)性。永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)伺服系統(tǒng)中引起轉(zhuǎn)速擾動(dòng)的因素是多方面的。 定子電流的影響 為了產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩，PMSM的反電動(dòng)勢(shì)和由逆變器輸入定子的相電流都必須是正弦的。然而受外界因素的綜合影響，PMSM三相定子電流并不是正弦，而是引入了一個(gè)干擾量I，如式(2)所示。I的產(chǎn)生是由多方面因素造成的。永磁體的物理形狀和定子齒槽的存在使反電動(dòng)勢(shì)不是理想的正弦; 逆變器輸入定子的電流含有高次諧波;電流檢測漂移; 電流控制存在有相位有滯后等原因都可以產(chǎn)生I，使輸出力

47、矩不理想。 齒槽效應(yīng)的影響 影響數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)低速性能的另一個(gè)重要因素是伺服電機(jī)的齒槽效應(yīng)所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子磁場和定子鐵心相互作用產(chǎn)生。永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁體，電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的磁阻由于定子齒和槽對(duì)應(yīng)的氣隙不同而不同。當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)，這些齒和槽交替經(jīng)過磁極，磁阻的周期性變化產(chǎn)生一個(gè)周期性力矩作用于電機(jī)軸，這個(gè)周期力矩就是齒槽力矩，它與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置有關(guān)，是電機(jī)永磁磁場的幅值和空間位置的函數(shù)，它可以使系統(tǒng)產(chǎn)生周期性的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，影響伺服系統(tǒng)的低速性能。 干摩擦的影響 執(zhí)行軸上的干摩擦是影響機(jī)床伺服系統(tǒng)低速特性的另一個(gè)不良因素。當(dāng)系統(tǒng)在中高速運(yùn)行時(shí)，摩擦力保持

48、恒定; 在低速運(yùn)行時(shí)，摩擦是電機(jī)角速度的函數(shù)，圖2給出了低速時(shí)摩擦力矩與電機(jī)角速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖2 摩擦力矩與電機(jī)角速度關(guān)系圖低速運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行速度大于c，摩擦力矩恒定，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)是平穩(wěn)的; 當(dāng)電機(jī)速度變化到小于c大于b范圍時(shí)，摩擦力矩變小，小于Mc，輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載，電機(jī)角速度增加直到c，力矩重新平衡，但加速度一直變化; 如果轉(zhuǎn)速小于b摩擦力矩大于輸出力矩，電機(jī)不斷減速直到下一個(gè)電流采樣周期。這樣就導(dǎo)致伺服系統(tǒng)進(jìn)行跳動(dòng)式跟蹤，實(shí)際系統(tǒng)的情況要更加復(fù)雜。 改善數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)低速性能的方法 對(duì)于前面所述的定子電流及齒槽效應(yīng)對(duì)伺服系統(tǒng)低速性能的影響，目前有很多改善方法，如對(duì)定子電流的影響，可

49、采取改善電機(jī)空間磁場的分布，提高電流檢測精度，減小電流檢測的漂移，對(duì)電流控制滯后進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)确椒?；?duì)于齒槽效應(yīng)的影響，可采取增大速度環(huán)比例增益，應(yīng)用特制魯棒調(diào)節(jié)器，應(yīng)用轉(zhuǎn)矩觀測器實(shí)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)确椒ā?本文系統(tǒng)中采用變速度環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法來克服低速時(shí)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，實(shí)驗(yàn)證明該方法簡單可行，效果良好。 若考慮轉(zhuǎn)速波動(dòng)，假設(shè)電機(jī)角速度轉(zhuǎn)速為： =0 （3） 其中0為平均角速度，為角速度波動(dòng)。由運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程可知:令T=jD/dt，則考慮T時(shí)交流伺服系統(tǒng)簡化后如圖3所示。圖3 考慮T時(shí)交流伺服系統(tǒng)簡化框圖根據(jù)圖3，力矩?cái)_動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變化如式(5)所示，其中Kp為速度調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，Ti

50、為速度調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù)。增加Kp和減小Ti就可以抑制轉(zhuǎn)速擾動(dòng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的性能，但在實(shí)際系統(tǒng)中Kp的增加和Ti的減小程度都是由限度的。過大的增加比例和積分作用會(huì)引起系統(tǒng)震蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。在實(shí)際系統(tǒng)中，我們令Kp和1/T1跟隨系統(tǒng)給定速度變化而變化。具體關(guān)系如下：Kmax是比例系數(shù)的最大值，K1max是1/T1的最大值，Kmin是比例系數(shù)的最小值，K1min是1/T1的最小值，nup和ndown是兩個(gè)特定的速度給定值。 該方法具體實(shí)現(xiàn)時(shí)還要考慮轉(zhuǎn)速給定的變化，當(dāng)給定速度由一個(gè)大的數(shù)值變化到一個(gè)小值時(shí)，比例系數(shù)和積分系數(shù)開始要保持最小值，當(dāng)誤差減小到一定程度后才能按上述公式進(jìn)行處理。

51、對(duì)于前面所述的干摩擦的影響，可通過改善潤滑條件，減小摩擦力矩; 增加系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增大雙環(huán)系統(tǒng)中的速度環(huán)調(diào)節(jié)器的比例系數(shù); 增加閉環(huán)系統(tǒng)阻尼比等方法改善。 本文系統(tǒng)中采用了一種變結(jié)構(gòu)的控制方法。這種方法是系統(tǒng)低速時(shí)，在保留電流環(huán)和速度環(huán)的基礎(chǔ)上，加入了轉(zhuǎn)子位置環(huán)，采用如圖4所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)合理的選擇位置環(huán)的調(diào)節(jié)器的參數(shù)時(shí)，這種方法可以有效的克服低速時(shí)伺服系統(tǒng)電機(jī)軸上干摩擦的影響，使伺服系統(tǒng)平穩(wěn)的運(yùn)行。圖4 加入位置環(huán)的系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖5是利用圖1所示的系統(tǒng)，在給定轉(zhuǎn)速1r/min時(shí)所測得的定子電流波形。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，應(yīng)用本文提出的方法有效的改善了系統(tǒng)的低速性能。8、基于DSP的交流同

52、步電機(jī)伺服控制系統(tǒng) 摘要:總線化是工業(yè)控制系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向,基于CAN(ControllerAreaNetwork)總線的伺服系統(tǒng)在適用范圍、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面有明顯的優(yōu)越性。本文給出了伺服控制器的硬件設(shè)計(jì),選用美國TI公司專門為數(shù)字運(yùn)動(dòng)和電機(jī)控制推出的DSP控制器TMS320LF2407來實(shí)現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)。并給出了交流伺服系統(tǒng)的全閉環(huán)軟件實(shí)現(xiàn)方案。 關(guān)鍵字:伺服控制,DSP,電機(jī),CAN 1引言伺服系統(tǒng)向著全數(shù)字化的方向發(fā)展,而高性能DSP器件的出現(xiàn)為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從國內(nèi)外最新的發(fā)展情況來看,國外很多公司都已推出了基于DSP的成型的全數(shù)字交流伺服產(chǎn)品,象國內(nèi)引進(jìn)較

53、多的日本松下、安川等交流伺服系統(tǒng)。目前,國內(nèi)的控制界也己掀起了利用DSP來實(shí)現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的熱潮。另外,采用高性能控制策略的控制系統(tǒng)具有很好自適應(yīng)能力和抗干擾能力,能夠在參數(shù)時(shí)變及干擾等惡劣的工況下保證系統(tǒng)良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能?？朔嘶诔Ｒ?guī)控制理論設(shè)計(jì)的電機(jī)控制系統(tǒng)存在的缺陷和不足。本文的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一種基于DSP和CAN總線技術(shù)的高性能全數(shù)字化伺服系統(tǒng)。采用電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制方式對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度和位置控制。2 控制系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)提供的硬件設(shè)計(jì)能夠滿足多種控制算法,能夠滿足本系統(tǒng)的控制要求。它是以TI公司的TMS320LF2407為控制核心設(shè)計(jì)的。TMS320LF2407

54、芯片是TMS320C2000TM平臺(tái)下有較高性能價(jià)格比的一種定點(diǎn)DSP芯片。該芯片的低成本、低功耗、高性能的處理能力對(duì)電機(jī)的數(shù)字化控制非常有效?？梢赃m用于多種控制策略。我們采用了IGBT CPV363M4K模塊組成逆變橋來實(shí)現(xiàn)功率主回路直流到交流的逆變。控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成見圖1。主要包括:TMS320LF2407微處理器及其外圍電路,主要負(fù)責(zé)控制策略和算法的實(shí)現(xiàn),產(chǎn)生PWM信號(hào)、響應(yīng)速度反饋等工作;CAN模塊負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通訊,通過總線接收對(duì)電機(jī)的控制信息;JTAG接口電路為仿真器與微機(jī)的接口電路,便于系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試。此端口由仿真器直接訪問并提供仿真功能;檢測電路采用了價(jià)格較低的電阻器和價(jià)

55、格較高但性能好的電磁隔離式霍爾傳感器兩套電路來檢測永磁同步電機(jī)的相電流 送入進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并作相應(yīng)處理,實(shí)現(xiàn)控制算法;PWM輸出通過光耦傳輸,使得傳遞PWM控制信號(hào)時(shí)控制電路與功率電路隔離;電源模塊將開關(guān)電源提供的+5V電壓變換為+3.3V,為系統(tǒng)供電。圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1電流檢測 在永磁同步電機(jī)交流控制系統(tǒng)中,控制器需要及時(shí)準(zhǔn)確的知道繞組中實(shí)際電流的大小,以實(shí)現(xiàn)電流控制和電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。電流采樣必須實(shí)時(shí),準(zhǔn)確可靠,這對(duì)實(shí)現(xiàn)控制性能是必須的。電流測量的方法有很多種,一種測量電流的方法是使用簡單的、便宜的電阻器來進(jìn)行測量,當(dāng)然,這種測量方法比較復(fù)雜。然而,在一定的條件下

56、,這種測量方法變得很困難,甚至由于硬件的限制是不可能進(jìn)行測量的,如當(dāng)采用智能功率模塊(IPM)組成逆變橋時(shí),就沒法使用電阻器進(jìn)行相電流的測量。在本系統(tǒng)中采用電磁隔離霍爾元件進(jìn)行電流檢測。檢測電路如下圖2:圖2電流檢測電路3.2功率主回路設(shè)計(jì)功率主回路是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作的強(qiáng)電電路,主要由整流電路、中間直流電路和逆變器三個(gè)環(huán)節(jié)組成,如圖3所示。圖3 功率主回路電路圖3.3控制驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) D6 Q6控制驅(qū)動(dòng)電路主要完成對(duì)PWM (Pulse Width Modulation)信號(hào)的功率放大,以及對(duì)逆變器功率管的驅(qū)動(dòng)功能。本文中分別采用SPWM技術(shù)和SVPWM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)功率逆變,將由

57、TMS320LF2407 DSP芯片產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)過功率驅(qū)動(dòng)模塊IR2132進(jìn)行功率放大、然后驅(qū)動(dòng)三相逆變器的六個(gè)功率管。伺服控制器的功率驅(qū)動(dòng)電路主要有功率驅(qū)動(dòng)模塊IR2132和IGBT CPV363M4K組成的三相逆變器組成。將DSP芯片所產(chǎn)生的六路PWM信號(hào)直接輸入功率驅(qū)動(dòng)模塊IR2132對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,然后驅(qū)動(dòng)三相逆變器的六個(gè)功率管。由于DSP本身通過軟件編程可直接產(chǎn)生SPWM信號(hào)和SVPWM信號(hào)來驅(qū)動(dòng)三相逆變器,所以,大大簡化了系統(tǒng)的外圍硬件電路結(jié)構(gòu),提高了系統(tǒng)的可靠性。3.4 CAN控制器模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中采用CAN總線接收對(duì)電機(jī)的控制信息并向主機(jī)發(fā)送狀態(tài)信息。DSP根據(jù)信息要求對(duì)

58、電機(jī)進(jìn)行調(diào)速、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)等控制。TMS320LF2407 DSP芯片的CAN總線控制器與CAN物理總線的接口采用82C250驅(qū)動(dòng)器芯片。82C250采用阻抗為120。雙絞線作通信介質(zhì),信號(hào)采用差動(dòng)發(fā)送和差動(dòng)接收,具有較強(qiáng)的抗干擾能力,其最高通信速率可達(dá)1Mbps。通過對(duì)82C250引腳8 (Rs)的不同連接,可以實(shí)現(xiàn)三種不同的工作方式:高速、斜率控制和待機(jī)。本系統(tǒng)采用斜率控制,以降低射頻干擾。為了增強(qiáng)抗干擾能力,保護(hù)CAN控制器,在TMS320LF2407與82C250之間加高速光隔。光隔采用HP公司的HCPL-2630芯片,其速度為l0MHz。電路如圖4示。圖4 CAN驅(qū)動(dòng)器接口電路4 系

59、統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,在實(shí)時(shí)性允許的前提下,一般來說,總是盡可能的用軟件資源代替硬件資源,以降低成本,簡化硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的性價(jià)比。TMS320LF2407,通過軟件變成可以靈活的實(shí)現(xiàn)矢量PWM輸出、速度檢測、電流檢測等功能。在伺服驅(qū)動(dòng)控制中有兩部分軟件:DSP控制程序和上位機(jī)軟件。DSP程序由兩個(gè)模塊組成,即主程序模塊和中斷服務(wù)程序模塊,主程序模塊主要完成中斷矢量的聲明、內(nèi)存變量的定義、各個(gè)功能模塊的初始化等工作;中斷模塊主要是進(jìn)行速度環(huán)和電流環(huán)的處理以及與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)。主程序內(nèi)完成系統(tǒng)的初始化,I/O接口控制信號(hào),DSP內(nèi)各個(gè)控制模塊寄存器的設(shè)置等,然后進(jìn)入循環(huán)程序。初始化

60、工作主要包括:DSP內(nèi)核的初始化;電流環(huán)、速度環(huán)的周期設(shè)定;PWM初始化,包括PWM的周期設(shè)定,死區(qū)設(shè)定,以及PWM的啟動(dòng);ADC初始化及啟動(dòng);QEP初始化;CAN控制器初始化;永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置初始化;進(jìn)行多次伺服電機(jī)相電流采樣,求出相電流 和 。的零偏移量;電流PI調(diào)節(jié)初始化;速度PI調(diào)節(jié)初始化等。所有的初始化工作完成后,主程序進(jìn)入等待狀態(tài),以等待中斷的發(fā)生,進(jìn)行電流環(huán)和速度環(huán)的調(diào)節(jié)。主程序流程如圖5所示。圖5 主程序流程圖本文作者創(chuàng)新點(diǎn):本文開發(fā)了一套基于DSP的高性能交流同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TI公司的電機(jī)控制專用DSP-TMS320LF2407作為控制核心,實(shí)現(xiàn)了高