Digital servodriver

For at opnå høje - ydelseskontrol af AC Permanent Magnet Synchronous Motors, designede Tonghang et fuldt digital AC -servo -drev baseret på en digital signalprocessor (DSP) og et intelligent Power Module (IPM). Dette design dækker primært de grundlæggende principper for drevet, hardware -design af Servo Control Unit og softwareimplementeringsprocessen. Vores F & U -teams eksperimentelle resultater viser, at det designede drev stabilt kan drive motoren til at spore trin og sinusformede signaler, mens de opretholder konstante kontrolparametre, mens de udviser fremragende dynamisk ydelse og stabil - tilstandsnøjagtighed.

Den hurtige udvikling af skibsbåren radarteknologi har stillet højere krav til servosystemer til sporing af nøjagtighed, hastighedsstabilitet og pålidelighed. Dette kræver AC -servo -drev for at tilbyde overlegen dynamisk ydeevne, stabil - tilstandsnøjagtighed, alsidighed og brugervenlighed. AC -servo -drev har udviklet sig gennem magnetisk forstærkerstyring, transistorkontrol, integreret kredsløbskontrol og computerstyring og er nu gået ind i en ny æra, markeret med fremkomsten af ​​digitale signalprocessorer (DSP'er) og intelligente strømmoduler (IPM'er). Dette har muliggjort modularisering og fuld digitalisering af AC -servo -drev.

DSP'er til motorstyring tilbyder ekstraordinære databehandlingsfunktioner og høje hastigheder, hvilket gør dem velegnede til implementering af komplekse AC -servokontrolalgoritmer og forbedring af systemkontrolnøjagtighed og pålidelighed. IPM (mellemfase -controller) (IPM) anvender Pulse - bredde Modulation (PWM) -teknologi til at konvertere DC -effekt til AC -effekt med justerbar spænding og frekvens til motorisk kontrol. Det integrerer IGBT'er og deres drivkredsløb og har beskyttelse mod kortslutninger, overstrøm, underspænding og overophedning. Det kan prale af høj integration, omfattende beskyttelsesfunktioner og fremragende pålidelighed. Dette papir foreslår et fuldt digital AC -servo -drev baseret på DSP og IPM. Det anvender en vektorkontrolalgoritme for at opnå fuld lukket - loopkontrol af motorens position, hastighed og strøm. Vi fokuserer på hardware- og softwaredesignet af Servo Control Unit og præsenterer eksperimentelle resultater fra motorens drift.

Servo Drive Princip

En AC -servo -drev består primært af to hovedkomponenter: en servo -kontrolenhed og en Power Drive -enhed.

Strømkonverteringskredsløbet i servokontrolenheden giver +5 V og ± 15V strøm til de forskellige moduler i drevet. Servo -kontrolkredsløbet modtager resolver -signaler og tre - fasespænding og aktuelle signaler fra motoren til motorisk kontrol. Det modtager også busoverspænding og underspændingssignaler, tre - fase overstrømssignaler og IPM -fejlsignaler til fejldetektion og beskyttelse. Det kører en lukket - Loop Control -algoritme og udsender seks PWM -signaler.

Power Drive -enheden korrigerer og filtrerer input tre - fase AC -strøm, der konverterer DC -effekten til vekselstrøm af den relevante amplitude og frekvens gennem et intelligent effektmodul til at kontrollere motoren. Den registrerer busspændingen og tre - fasespænding og aktuelle signaler til drevkontrol og beskyttelse.

Servo kontrol kredsløbs hardware design

Servo -kontrolkredsløbet er den centrale del af AC -servo -drevet, og dens hovedfunktioner er som følger:

Modtager kommando- og feedback -signaler;
Kører lukket - Loop Servo Control Algorithms;
Genererer PWM -udgangssignaler;
Kontrollerer motorisk drift for høj ydeevne;
Tilbyder beskyttelse mod overspænding, underspænding, overstrøm og IPM -fejl gennem reelle - tidsdetektion og behandling af forskellige fejlinformation.

Baseret på modulært design bruger Servo Control Circuit en DSP+FPGA -hardwarearkitektur.

DSP -chippen indser hovedsageligt høj - ydelseskontrol af motoren, inklusive følgende funktioner

(1) Det har en 32 - bit single - præcision flydende - punkt aritmetisk enhed, som kan behandle motoriske vektorkontrolalgoritmer med stor beregningsbelastning og signalfiltreringsalgoritmer med høje reelle - tidskrav osv., Til opnåelse af high-performance kontrol af motoren;

(2) det har et ECAN -kommunikationsmodul, der kan realisere kommunikation med værtscomputeren, modtage kontrolinstruktioner og sende forskellige drifts- og fejltilstande for driveren;

(3) Det har flere uafhængigt programmerbare multiplexerede generelle - Formålinput- og outputgrænseflader (GPIO), som kan realisere i0 kontrol af driveren;

4) den har en 12-bit A/D-konverter, der kan realisere analog inputkontrol;

(5) Det har et IC -busmodul, der kan realisere kommunikation med E2PROM, gemme kontrolparametrene og historiske fejlene i driveren;

(6) Det har et højt - opløsning af pulsbredde modulering (PWM) -modul, som let kan realisere PWM -kontrol af motoren;

(7) Den har en parallel bus ekstern interface (XINTF), som kan realisere kommunikation med FPGA -chip, modtage statusoplysninger såsom position, hastighed og strøm og fejlinformation såsom overspænding, undervolsptage, overstrøm og IPM -fejl.

FPGA -chippen behandler hovedsageligt position, spænding, strøm og fejlsignaler, inklusive følgende funktioner

(1) modtage og behandle motorens positionsoplysninger gennem det perifere RDC -modul;
(2) modtage og behandle motorens tre - fasestrøm og tre - fasespændingsinformation gennem det perifere A/D -modul;
(3) Send de behandlede statusoplysninger og fejlinformation til DSP -chip;
(4) Modtag PWM -signalet sendt af DSP -chip, sammenlås det og udsender det;
(5) Modtag busoverspænding, underspænding, tre - fase overstrøm og IPM -fejlsignaler, og implementer beskyttelse ved at blokere PWM -udgangssignalet i tilfælde af en fejl.

Servo kontrol software design

Servo -kontrolsoftwaren kører på en DSP -chip, der primært modtager kommandoer og feedbackstatusoplysninger. Den implementerer derefter tre lukkede - loop -kontrolsløjfer til motorens position, hastighed og strøm ved hjælp af tilsvarende kontrolalgoritmer. Det lukkede - Loop Control Principle Block -diagram er vist i figur 3. PI -kontrolalgoritmer er designet til alle tre lukkede - sløjfer baseret på fejlen mellem kommandoer og feedback. Den aktuelle kontrolalgoritme anvender felt - orienteret vektorkontrol til motoren. Clark og Park -transformationer bruges til at omdanne de tre - fasestrøm i det stationære ABC -koordinatsystem til to - fasestrøm i det roterende DQ -koordinatsystem. En lukket - loop -algoritme bruges til at regulere motorens DQ Axis -strømme, som derefter justeres ved hjælp af Inverse Park Transform, The Inverse Clark Transform og PWM. Statorens tre - fasespænding justeres for at opnå motorisk kontrol.

Servo -kontrolsoftwaren består primært af et hovedprogram og en afbrydelsesrutine. Hovedprogrammet initialiserer først systemet, der konfigurerer registerparametre for hvert kontrolchipmodul og systemparametre. Den udfører derefter en selv - test af førerens status for at bestemme, om alle komponenter fungerer korrekt. Hvis selvet - test mislykkes, blinker fejlindikatoren som en alarm. Hvis selvet - test passerer, er strømmen tilsluttet, og kredsløbet går ind i en loop -tilstand. En gang i loop -tilstand modtager kontrolchippen først kontrolkommandoer. Efter modtagelse af en kørekommando er timerafbrydelsen aktiveret. Timeren afbryder subroutine udfører motorstyringsalgoritmen og driver motoren. Efter modtagelse af en stopkommando er timerafbrydelsen deaktiveret og stopper motoren. Efter at hver timer -afbrydelse af subroutine er afsluttet, kontrollerer den for fejlsignaler som overspænding, underspænding og overstrøm. Hvis der registreres en fejl, deaktiveres PWM -udgangssignalet øjeblikkeligt, og fejlindikatoren blinker som en alarm. Hvis der ikke registreres nogen fejl, løber kredsløbet og venter på den næste timerafbrydelse.

Timeren afbryder subroutine er kernen i servo -drevkontrolalgoritmen, der afslutter motorens position, hastighed og aktuelle kontrolalgoritmer. Timerafbrydelsesperioden er 0,1 ms, der bestemmer PWM -output. Frekvensen af ​​outputsignalet er også perioden for den aktuelle sløjfe. Efter at have indtastet timersafbrydelsen underprogrammer, læses motorens position, hastighed og aktuelle oplysninger først. Afhængig af driftstilstanden læses derefter positionen, hastigheden eller den aktuelle kommando, og den tilsvarende kontrolalgoritme udføres. Endelig udsendes PWM -signalet, der styrer motoren,.

Eksperimentelle resultater

Det udviklede AC -servo -drev har en udgangseffekt på ca. 6 kW. For at undersøge sin kontrolydelse blev der anvendt en Tonghang -servo -motor med en nominel effekt på 5,5 kW og en nominel hastighed på 3200 o / min.

Eksperiment 1: Sporing af et trinsignal med nominel hastighed. De eksperimentelle resultater er vist på figuren.

Som det kan ses af figuren, er motorens stigningstid, når det sporer et trin -signal på 3200 r/min, ca. 80 ms, med en overskydning på 1,5%. Toppen - til - spidshastighedssvingning i stabil tilstand er mindre end 5 r/min. Dette viser, at den designede driver har fremragende dynamisk ydeevne og stabil - tilstandsnøjagtighed.

Eksperiment 2: Sporing af et sinusformet signal med nominel hastighed. De eksperimentelle resultater er vist på figuren. Som det kan ses af figuren, kan motoren godt spore et sinusformet signal med en amplitude på 3200 r/min og en periode på 1s, med en maksimal sporingsfejl på mindre end 20 r/min. Dette demonstrerer, at den designede driver kan køre motoren til at spore både trin- og sinusformede signaler, samtidig med at de opretholder konstante kontrolparametre, hvilket viser fremragende adaptiv ydelse.

Oversigt

For at imødekomme de høje - ydelsesstyringskrav til servosystemer har Tonghang designet en AC -servo -driver baseret på modularitet. Denne driver bruger en digital signalbehandlingschip og et intelligent kraftmodul som dets kernekomponenter. Driveren kan prale af en kompakt struktur, høj hardwareintegration og avancerede softwarekontrolalgoritmer. Eksperimentelle resultater viser, at den designede AC -servo -driver kan køre motoren til at spore både trin- og sinusformede signaler med høj ydeevne, samtidig med at de opretholder konstante kontrolparametre og udviser fremragende adaptiv ydelse.