直流無刷伺服電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計和運用
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電流檢測
電機電流檢測電路可提供重要的反饋信息，將該信息與來自主控DSP的控制信號相結(jié)合，可以控制MOSFET或IGBT的柵極驅(qū)動芯片并最終調(diào)整電機速度。如果要實現(xiàn)過流保護，還必需進行電流監(jiān)控，不過對于低端應(yīng)用而言，傳統(tǒng)的過流保護卻顯得過于昂貴。電流采樣的方案是在逆變橋的下橋臂串一0.027Ω采樣電阻如圖3（a），采樣電流范圍為0~6.22A，采樣后的電壓放大倍數(shù)為14.63倍，放大電路如圖3（b），并經(jīng)2.5V電壓抬升輸入DSP，所以輸入DSP的電流模擬電壓量為：
UAD=2.5+I×0.027×14.63。
MotionChip AD口的模擬量輸入電壓為0~5V，所以電流采樣經(jīng)量化的值為：
應(yīng)用
加氫反應(yīng)器超聲檢測成像系統(tǒng)是一套適用于現(xiàn)場檢測的加氫反應(yīng)器堆焊層剝離超聲檢測成像系統(tǒng)，實現(xiàn)加氫反應(yīng)器堆焊層層間剝離的在役半自動超聲掃查，檢測數(shù)據(jù)的自動存儲、分析與評判，同時該系統(tǒng)對不同直徑的加氫反應(yīng)器有一定的適用性。
加氫反應(yīng)器剝離成像系統(tǒng)的控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個二維的運動控制平臺，從系統(tǒng)要求的性能指標來看，控制系統(tǒng)需要滿足如下指標：
·水平掃查速度可達6mm/s無級可調(diào)；垂直掃查速度達300mm/s無級可調(diào)；
·能夠?qū)崿F(xiàn)粗掃查和精密掃查，對指定的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精密掃查；
·系統(tǒng)的控制方式分為手動/自動，兩者之間可以切換；
·X軸（水平）和Y軸（垂直）2個方向上的運動誤差≤±1mm。
系統(tǒng)硬件設(shè)計
由此選擇了上述設(shè)計的運動控制系統(tǒng)，具有體積小，性能高，控制簡單，價格低，但是每個只能控制一個電機。若要兩臺電機協(xié)同控制，則須通過RS485總線將其連接起來?？刂葡到y(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。X向電機用來控制絲杠的運動：選用EC-max32，無刷70W+減速器為行星輪減速箱（速比為23，型號為GP 32C）+碼盤（三通道500線）。Y方向電機用來控制探頭的運動，采用RE-32，有刷80W+減速器為行星輪減速箱，型號為GP42C（速比為33）+碼盤（三通道500線）。圖5示出硬件連接圖。
系統(tǒng)軟件設(shè)計
控制系統(tǒng)的軟件是基于Vc++和MotionChip的動態(tài)鏈接庫設(shè)計的，軟件主要完成對探頭位置的運動控制，如圖6。
用戶操作界面功能有：
·參數(shù)設(shè)置與顯示模塊主要是設(shè)置一些系統(tǒng)參數(shù)（如掃查長度，探測寬度）和控制參數(shù)（如速度參數(shù)、加速度參數(shù)等）；
·任何時刻，控制程序都時刻監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀況，隨時對系統(tǒng)故障做出相應(yīng)的處理。
軟件部分包括X向運動和Y向的掃查運動，數(shù)據(jù)存儲及處理，手動控制，故障處理，運動狀態(tài)顯示及故障顯示等。操作界面（GUI）給予清晰、簡單的用戶界面，方便用戶調(diào)試、運行，同時能夠?qū)⑺欧?qū)動器傳遞過來的信息顯示出來，便于監(jiān)控。任務(wù)編程模塊將要實現(xiàn)控制任務(wù)的規(guī)劃，如X軸向和Y軸向運動等，包括故障查詢、處理。
運行效果
智能伺服驅(qū)動器性能的好壞直接決定整個系統(tǒng)設(shè)計的成敗，為此用一直流電機對驅(qū)動器進行測試，電機的電流和位置誤差如圖7（a）、（b）所示，從圖7中可以看出，驅(qū)動器的響應(yīng)時間只有0.12s，位置誤差很小。通過對通訊速度及上位機控制命令的測試顯示，在實時性要求不是非常嚴格的情況下，以RS232串口或者485串口的通訊速率是完全可以滿足系統(tǒng)需求的。
結(jié)語
本文基于一類新穎的專用伺服控制芯片Motionchip，進行了伺服控制器設(shè)計和實踐研究，并設(shè)計了一個功能較為完善的直流無刷伺服驅(qū)動器的原型。將該控制器運用到加氫反應(yīng)器超聲檢測成像系統(tǒng)中對二維的運動進行控制，保證了整個系統(tǒng)取得良好的性能。Motionchip這種多功能專用的運動控制芯片不僅簡化了整個系統(tǒng)的設(shè)計過程，而且具有很好的開放性和網(wǎng)絡(luò)性，對中小型項目是非常理想的設(shè)計方案。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞：
直流無刷伺服電機運動控制系統(tǒng)單片
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