基于TMS320F2812的雙通道高精度伺服系統(tǒng)

作者：時(shí)間：2009-05-18 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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功率電路包括驅(qū)動(dòng)電路和逆變電路兩個(gè)部分。圖2是單個(gè)通道的功率電路原理圖,三相逆變電路由6只功率MOSFET構(gòu)成。系統(tǒng)采用了集成驅(qū)動(dòng)芯片IR2133實(shí)現(xiàn)對(duì)功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)控制,具有欠電壓保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)功能。IR2133的供電采用了自舉方式,用單電源經(jīng)過(guò)3個(gè)二極管給逆變器的3個(gè)上橋臂驅(qū)動(dòng)電路供電, 3個(gè)下橋臂則共用一個(gè)電源。PWM輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)IR2133放大后驅(qū)動(dòng)MOS2FET工作,產(chǎn)生控制BLDCM 的三相電壓。IR2133內(nèi)部集成的運(yùn)算放大器采集母線電流信號(hào),實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制。ITR IP引腳外接采樣電阻,實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)發(fā)生電源欠電壓或過(guò)電流故時(shí),FAULT引腳輸出為低電平,送至TMS320F2812的故障保護(hù)引腳,關(guān)閉PWM輸出,實(shí)現(xiàn)報(bào)警保護(hù)功能。圖中R6、R7 構(gòu)成分壓電路,檢測(cè)直流母線的供電電壓,防止系統(tǒng)工作在異常供電條件下,并根據(jù)檢測(cè)到的電壓執(zhí)行電壓補(bǔ)償算法,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/173735.htm

2. 2 RDC電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)元件。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正/余弦信號(hào)經(jīng)過(guò)RDC電路后變成數(shù)字信號(hào),通過(guò)數(shù)據(jù)總線送入TMS320F2812,構(gòu)成轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)反饋通道。位置反饋、轉(zhuǎn)子位置確定、速度測(cè)量都取決于該通道,其精度是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定及位置精度的關(guān)鍵因素之一,所以該反饋電路是系統(tǒng)的關(guān)鍵通道。為了保證該通道的精度,系統(tǒng)采用了AD2S83集成電路實(shí)現(xiàn)RDC變換功能,具有抗干擾能力強(qiáng),線性度好,精度高等優(yōu)點(diǎn),電路如圖3所示。

圖3 RDC角度轉(zhuǎn)換電路
圖3中,旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)送入AD2S83,DATA [ 0～16 ]為AD2S83 的數(shù)字輸出; SC1 和SC2選擇AD2S83輸出精度,根據(jù)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行選擇。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,充分利用了TMS320F2812資源豐富、引腳多的特點(diǎn),由其對(duì)精度選擇位進(jìn)行控制,擴(kuò)展了使用對(duì)象; 本系統(tǒng)伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為1 500 r/min,AD2S83最終選擇14 位精度。參考信號(hào)的頻率為18 kHz,圖中各個(gè)元件取值的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)[ 6 ]。

3 控制策略及實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)為實(shí)時(shí)性強(qiáng)的數(shù)字化高精度伺服系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,充分利用了數(shù)字控制技術(shù),簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)可靠性,充分發(fā)揮軟件強(qiáng)大功能,用軟件產(chǎn)生部分傳統(tǒng)上由硬件電路實(shí)現(xiàn)的功能?？刂破鬈浖饕蓛蓚€(gè)部分構(gòu)成,一是主循環(huán)程序,二是PWM定時(shí)器下溢中斷服務(wù)子程序。主程序和中斷服務(wù)子程序相互配合,完成伺服電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。主循環(huán)程序負(fù)責(zé)硬件外設(shè)的初始化、數(shù)據(jù)初始化和電機(jī)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換,并在發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息。由于采用的是單芯片控制兩臺(tái)伺服電機(jī)的方法,因此實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)伺服電機(jī)的協(xié)同控制,完成狀態(tài)機(jī)的切換是主程序最重要的任務(wù)。按照設(shè)備的工作要求,兩臺(tái)伺服電機(jī)分為左右電機(jī),其工作狀態(tài)有5個(gè):左電機(jī)單獨(dú)工作、右電機(jī)單獨(dú)工作、左右電機(jī)同步工作、左右電機(jī)差動(dòng)工作和左右電機(jī)鎖定保持,其中左/右電機(jī)單獨(dú)工作時(shí),另外一臺(tái)電機(jī)處于鎖定狀態(tài),防止誤動(dòng)作。根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的控制指令,主程序確定工作狀態(tài),為中斷服務(wù)子程序的控制實(shí)現(xiàn)做準(zhǔn)備。PWM定時(shí)器下溢中斷服務(wù)子程序是核心部分,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)讀取、電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)、轉(zhuǎn)速計(jì)算和系統(tǒng)閉環(huán)控制等功能。TMS320F2812 集成有兩個(gè)事件管理器,每個(gè)事件管理器可以單獨(dú)控制一臺(tái)伺服電機(jī)。由于硬件電路采用了相同的設(shè)計(jì),伺服電機(jī)完全相同,最后的技術(shù)指標(biāo)也一致,因此對(duì)兩臺(tái)伺服電機(jī)的控制采取相同的控制算法,分別由各個(gè)事件管理器的中斷服務(wù)子程序調(diào)用執(zhí)行。根據(jù)SVPWM算法原理,在TMS320F2812中存儲(chǔ)了一個(gè)正弦表格,表格的長(zhǎng)度依據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器的分辨率和系統(tǒng)要求的控制精度進(jìn)行設(shè)置。由于采用了高精度的旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè),根據(jù)測(cè)得的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)信號(hào)將一個(gè)電周期劃分為六個(gè)扇區(qū),由讀取的旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)確定相應(yīng)的扇區(qū)號(hào)。圖4是PWM定時(shí)器中斷服務(wù)子程序的流程圖。