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[導(dǎo)讀]    交流伺服驅(qū)動(dòng)控制包括交流異步電動(dòng)機(jī)與永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。傳統(tǒng)的交流伺服驅(qū)動(dòng)控制,需要建立定制的伺服控制系統(tǒng)。雖然提供定制運(yùn)算的軟件設(shè)計(jì)平臺可以減輕編碼設(shè)計(jì)的腦力勞動(dòng),但目前

   交流伺服驅(qū)動(dòng)控制包括交流異步電動(dòng)機(jī)與永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。傳統(tǒng)的交流伺服驅(qū)動(dòng)控制,需要建立定制的伺服控制系統(tǒng)。雖然提供定制運(yùn)算的軟件設(shè)計(jì)平臺可以減輕編碼設(shè)計(jì)的腦力勞動(dòng),但目前的應(yīng)用幾乎已經(jīng)到達(dá)了以軟件為基礎(chǔ)的解決方案的極限。因此,需要一個(gè)能夠簡化設(shè)計(jì)并提供更高的效能新方法。

  集成設(shè)計(jì)平臺

  傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì),不僅易于出現(xiàn)一些“軟性”錯(cuò)誤,同時(shí)也很難滿足快速多邊的市場對開發(fā)時(shí)間的要求。對電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)者而言,一個(gè)包含可配置 的數(shù)字及模擬控制技術(shù),以及功率電路與功率開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路決方案的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)平臺可以大幅簡化設(shè)計(jì)工作。國際整流器(IR)公司推出的整合了硬件與軟 件的IRMCS201設(shè)計(jì)平臺,成為AC伺服驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)平臺的典范。該設(shè)計(jì)平臺包括伺服驅(qū)動(dòng)控制器與ServerDesigner軟件工具。伺服驅(qū)動(dòng)控制器的核心是電機(jī)控制專用芯片IRMCK201。圍繞國際整流器公司的運(yùn)動(dòng)控制引擎(MoTIon Control Engine,MCE)所設(shè)計(jì)的IRMCK201芯片,屬于iMoTIon IP系列的一部份。iMoTIon芯片組內(nèi)的MCE可以在6μs內(nèi)執(zhí)行完磁場定向控制(Field Oriented Control,F(xiàn)OC)控制,而高效能可編程DSP則需要15~20μs,獲得了比傳統(tǒng)DSP快上20倍的運(yùn)算速度。MCE的速度更快是由于它被設(shè)置為成平行硬件控制器信號處理器,避免了傳統(tǒng)微控制器或DSP架構(gòu)所遇到的困難,以至能夠達(dá)到模擬控制的頻寬,同時(shí)提供更多的彈性與增強(qiáng)的數(shù)字控制效能。因此,MCE可以支持更高的力矩控制頻寬,實(shí)現(xiàn)更多的其它控制與外圍功能,而不會超出有效周期時(shí)間。此外,IRMCK201與從iMoTIon數(shù)據(jù)庫挑選出 來的合適模擬與電力電子組件精密配合,為用戶提供了伺服驅(qū)動(dòng)控制器硬件設(shè)計(jì)參考。

  為電機(jī)控制專用芯片的應(yīng)用而開發(fā)的軟件工具ServerDesigner,安裝在PC機(jī)上??蛻糁恍枥肧erverDesigner軟件,透過芯片上的 通訊端口,配置芯片上的存儲器,便可根據(jù)特定的需要來調(diào)整控制,以滿足所需的設(shè)計(jì)規(guī)格。主通訊邏輯包含了應(yīng)用于RS232C、RS422或RS485通訊 的異步通訊接口,以及一個(gè)快速的SPI接口和一個(gè)8位寬的主并行接口(Host Parallel Interface)。所有的通訊端口都對存儲器有相同的存取能力,可以讓用戶讀寫每一個(gè)選取的存儲單元,并借助任何可用的端口進(jìn)行配置與檢測驅(qū)動(dòng)。使得原本復(fù)雜的設(shè)計(jì)流程得到簡化。iMotion IP核心模塊所設(shè)定的伺服驅(qū)動(dòng)控制演算架構(gòu)如圖1所示。從圖1可以看出IR公司的電機(jī)控制專用芯片僅包含速度調(diào)節(jié)控制和電流控制。若要實(shí)現(xiàn)位置伺服控制,則還需要一個(gè)位置控制器,如圖2所示。這是因?yàn)槲恢每刂票容^靈活、很難做到通用性。

  

  伺服控制器設(shè)計(jì)

  根據(jù)IRMCS201設(shè)計(jì)平臺所提供的伺服驅(qū)動(dòng)控制器硬件設(shè)計(jì)參考,可設(shè)計(jì)出如圖3所示的伺服驅(qū)動(dòng)控制器。

  

  主機(jī)接口

  IRMCK201芯片提供了RS232/RS422/485、SPI接口或8位并行接口與外部主機(jī)通信,RS232/RS422/485通信方式可以編程 選擇。通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片,RS232接口允許PC主機(jī)直接對MCK201寄存器的內(nèi)容進(jìn)行配置和監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。不同通信方式通常都處于激活狀態(tài),可以相互切換,但不能同時(shí)運(yùn)行。

  電機(jī)控制接口

  IRMCK201芯片具有6路SVPWM輸出,通過光耦與IR2136芯片驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變器的功率開關(guān)器件IGBT,也可以與智能功率模塊直接接口。驅(qū) 動(dòng)芯片IR2136具有防止同一橋臂直通邏輯,以及欠壓、過流關(guān)閉所有輸出的功能。IRMCK201提供了與IR2175線性電流傳感芯片的直接接口引 腳,IR2175的最大輸人電壓為260mV,具有將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為130kHzPWM信號的能力。

  IRMCK201帶有編碼器接口電路,編碼器脈沖數(shù)從200~10,000個(gè)轉(zhuǎn),脈沖頻率可高達(dá)1MHz,可以方便地組成速度伺服控制系統(tǒng)。它可以與多種編碼器連接,可接收有相互正交的ENA、ENB信號及零點(diǎn)標(biāo)志信號,以及三路HALL信號輸人,這三路路信號既可以獨(dú)立使用,也可以復(fù)用。系統(tǒng)上電 時(shí),IRMCK201可以通過HALL傳感器信號及Z脈沖位置估計(jì)出永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的初始位置。

  控制輸入與狀態(tài)指示接口

  IRMCK201具有控制輸入與狀態(tài)指示等數(shù)字IO引腳。控制輸人信號包括啟動(dòng)、停止、運(yùn)轉(zhuǎn)方向、故障清除等;狀態(tài)指示信號包括系統(tǒng)故障指示、PWM輸出 使能、同步指示等。

  串行存儲器接口

  IRMCK201具有串行存儲器接口,芯片上電復(fù)位后自行通過I2C總線讀取存儲器中所配置的數(shù)據(jù),而不需主機(jī)干預(yù)。因此,系統(tǒng)可以在沒有主機(jī)控制的情況下單獨(dú)運(yùn)行,其初始化數(shù)據(jù)通過讀取串行存儲器的內(nèi)容得到。

  控制器參數(shù)配置

  利用安裝在PC機(jī)上的ServerDesigner軟件工具,將電機(jī)參數(shù)和控制參數(shù)下載到MCK201中的寄存器中,完成控制系統(tǒng)的配置,不需要軟件編 程。電機(jī)參數(shù)包括額定轉(zhuǎn)速、繞組的電阻、電感、額定電流、電機(jī)慣量、極數(shù)、空載電流值、編碼器精度和類型,對于永磁同步電動(dòng)來說,還有電壓常數(shù)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)??刂茀?shù)包括PI調(diào)節(jié)器參數(shù)、加減速時(shí)間,以及PWM載波頻率和死區(qū)時(shí)間等。

  結(jié)語

  對先進(jìn)的馬達(dá)控制器而言,隨著應(yīng)用范圍與轉(zhuǎn)速要求的持續(xù)成長,發(fā)展商需要快速配置解決方案以滿足日益提升的效能要求。一個(gè)包含了最佳化的模擬控制、電力切換及驅(qū)動(dòng)技術(shù),以及基于高效能硬件的數(shù)字控制的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)平臺,便能夠同時(shí)解決開發(fā)時(shí)程與效能要求的問題。而隨著可簡單構(gòu)裝的緩存器的單芯片數(shù)字控制器 出現(xiàn),對于缺少專業(yè)的軟件或電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的人而言,這個(gè)控制器可以降低其設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

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