直流无刷伺服电机运动控制系统规划和运用

MotionChip的特色

MotionChip是瑞士Technosoft公司开发的一种高功用且易于运用的电机运动操控芯片，它是依据TMS320C240的DSP，外围设置了许多电机伺服操控专用的可编程装备管脚。TMS320C240是美国TI公司推出的电机操控专用16位定点数字信号处理器，其具有高速的运算才干和专为电机操控规划的外围接口电路。MotionChip很好的运用了该DSP的长处，并集成多种电机操控算法于一身，以简化用户规划难度为意图，规划成为一种新颖的电机专用操控芯片。MotionChip有着集成悉数必要的装备功用在一块芯片的长处，它是一种为各种电机类型进行快速和低投入规划全数字、智能驱动器的抱负中心处理器。具有如下特色：

·可用于操控5种电机类型：直流有刷/无刷电机、沟通永磁同步电机、沟通感应电机和步进电机，且易于嵌入到用户的硬件结构中；

·能够挑选独立或主从方法作业，并可依据需求，设置成通过网络接口进行多伺服操控器协同作业；

·全数字操控环的完成，包含电流/转矩操控环、速度操控环、方位操控环；

·可完成各种指令结构：开环、转矩、速度、方位或外环操控，步进电机的微步进操控，并可完成操控结构的装备，其间包含沟通矢量操控；

·能够装备运用各种运动和维护传感器（方位、速度、电流、转矩、电压、温度等）；

·运用各种通讯接口，能够完成RS232/RS485通讯、CAN总线通讯；

·依据Windows95/98/2000/ME/NT/XP渠道，强壮功用的IPM Motion Studio 高档图形编程调试软件：可通过RS232快速设置，调整各参数与编程运动操控程序。其功用强壮的运动言语包含：34种运动形式、判定、函数调用，事情驱动运动操控、中止。因而便于开发和运用。

·能够通过动态链接库TMLlib,运用VC/VB完成PC机操控；也能够与Labview和PLC无缝衔接，通过动态链接库，用户能够在上层开发电机的操控程序，研讨操控战略。

运动操控体系规划

本文是以MotionChip为操控器中心，直流无刷电机/有刷电机/永磁同步电机为操控目标进行伺服驱动器规划。规划目标为：习惯12—36V宽规模直流母线电压输入，工业规范5V逻辑电源输入，最大输出电流3A，峰值电流6A。在进行伺服操控器规划之前，依据MotionChip的特色和伺服电机的特性进行整体功用规划如下：

·选用方位环、速度环、电流环的三环结构；三环都选用PID调节器；电机参数设置选用核算机辅佐核算和工程整定相结合的方法；

·具有通用伺服操控器接口，并可运用供给的人机接口进行独立参数设置，有网络通讯接口进行独立参数设置，有网络通讯接口便利外部监督和操控。

伺服体系的整体体系结构能够分为：MotionChip最小体系、驱动电路、电流反应检测、外部操控接口、通讯接口等，如图1所示。伺服驱动器的硬件结构分为2个首要部分：驱动电路部分：首要包含逆变桥、前置驱动、电流检测；

操控电路部分：包含反应检测、外部操控接口、通讯接口、MotionChip最小体系。

操控体系规划

在MotionChip的根本体系中，选用美国Xicor公司的SPI串行EEPROM：X25650来存储TML运动指令。该EEPROM的存储容量为8K×8bit，最大时钟频率可达5MHz。因为在MotionChip正常运转时指令拜访时刻21ns，所以为了使程序高速有用的运转，增加了2片32可×8bit的静态RAM：ASC256-12JC，该SRAM的存取时刻为12ns，所以MotionChip对该芯片的存取时刻为12ns，所以MotionChip对该芯片的存取数据时不需求刺进等候状况。而且该SRAM具有较低的活泼功耗，在待机状况时可主动进入愈加低功耗的节能状况。MotionChip芯片自身供给了电机操控专用的接口，包含6路PWM信号，在运用中能够装备作为三相电机逆变桥的驱动信号。当维护中止PDPINT有用或电机使能信号ENABLE无效时，6路PWM信号当即进入高阻状况，使逆变桥悉数到，电机停转。别的，MotionChip为每个PWM输出对供给了可编程死区时刻设置（0—102μs），所以不需求外部的死区逻辑电路。码盘反应信号接口有ENCA，ENCB，ENCZ，其间ENCA和ENCB是相位差90°的脉冲信号，ENCZ是码盘清零信号。MotionChip能够对ENCZ和ENCB信号进行四倍频和辨向，然后送入增量计数器计数发生电机的方位信号，码盘清零信号ENCZ可对计数差错进行批改。电机霍尔反应信号HALL1，HALL2，HALL3，是为直流无刷电机/永磁同步电机进行定位磁极规划的。其它重要引脚如DIR、PULSE直接作为电机脉冲指令的输入接口。LSP，LSN可用来扩展作为运动体系左、右限位事情的捕捉输入。MotionChip有2个10位的A/D转换器，每个都内建了采样坚持电路，最快采样速率可达10kHz。模拟信号的输入规模通过MotionChip参阅电平输入管脚VREFLO和VREFHI确认。MotionChip能够作业在独立运转和检测引脚AUTORUN进行方法挑选的，该引脚接高电平，MotionChip作业在隶属方法，接低电平作业在独立运转方法。在独立方法的作业条件下，MotionChip上电后，选检测到AUTORUN的低电平，进入独立运转方法；然后主动从SPI串行EEPROM中的开端履行TML程序。

驱动体系规划

　　　电机的驱动首要包含2个环节：电机PWM驱动电路和电流检测。

　　电机的PWM驱动电路如图2所示。本电路中，无刷直流电机选用全桥驱动，这样能够运用电机作业于四象限（正向驱动、制动及反向驱动、制动）。驱动一个无刷直流电机需求6路PWM信号，而MotionChip的每个事情办理模块（EV）中3个带可编程死区操控的比较单元能够发生独立的3对共6路PWM信号。所以在电路中，直接选用事情办理模块B（EVB）中的比较单元来发生6路所需求的PWM信号，其输出引脚为PWM7~PWM12，其间PWM7~PWM9输出设为驱动MOSFET功率管桥路的上半桥，PWM10~PWM12输出驱动下半桥。DSP输出的这两种3路PWM信号通过IR2102前置扩大后别离驱动MOSFET功率管桥路的上半桥（Q1，Q3，Q5）和下半桥（Q2，Q4，Q6）进行电机的驱动。