伺服電機(jī)控制系統(tǒng)電流采樣的三種方案分析與比較
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩環(huán)的性能直接影響著系統(tǒng)的控制效果,電流采樣的精度和實(shí)時性很大程度上決定了系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能,精確的電流檢測是提高系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和快速性的重要環(huán)節(jié),也是實(shí)現(xiàn)高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。在伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中,電流檢測的方案有多種,常見的一種方案是使用霍耳傳感器,將電流信號經(jīng)過電磁轉(zhuǎn)換,變換為直流電壓信號輸出,然后,通過運(yùn)放和比較器構(gòu)成的處理電路處理后,輸入到處理器;另一種方案是,取采樣電阻兩端的電壓,經(jīng)線性光藕或者隔離放大器進(jìn)行信號隔離,調(diào)理后接A/D轉(zhuǎn)換器輸入進(jìn)行數(shù)字化,獲取電流的采樣值,而數(shù)字化的過程即可以利用處理器中的A/D轉(zhuǎn)換通道實(shí)現(xiàn),也可以利用根據(jù)
原理實(shí)現(xiàn)的模擬量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的隔離調(diào)制芯片來實(shí)現(xiàn)。以下是華科星小編分析理解出的三種伺服電機(jī)控制系統(tǒng)電流采樣方案,這有利于基于不同的條件選擇合適的方案來提高伺服控制系統(tǒng)的整體性能。
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)簡介
本系統(tǒng)采用交直交電壓型變頻電路,主電路由整流電路、濾波電路及智能功率模塊IPM逆變電路構(gòu)成,控制部分以DSP芯片TMS320LF2812為核心,CPLD作為輔助處理模塊,構(gòu)成功能齊全的全數(shù)字矢量控制系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,從圖1可以看出,本系統(tǒng)是一個有電流、轉(zhuǎn)速和位置負(fù)反饋的三閉環(huán)系統(tǒng),
DSP負(fù)責(zé)采樣各相電流,計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置,最后運(yùn)用矢量控制算法,得到電壓矢量PWM控制信號,經(jīng)過光藕隔離電路后,驅(qū)動逆變器功率開關(guān)器件;同時DSP還監(jiān)控變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路、過流、過壓、過熱等故障時,DSP將封鎖SVPWM信號,使電機(jī)停機(jī),并通過LED顯示。CPLD模塊負(fù)責(zé)對光柵尺反饋的位置信息和上位機(jī)發(fā)送脈沖形式指令信息進(jìn)行濾波和計(jì)數(shù),并將數(shù)據(jù)以總線方式傳送給DSP;同時處理鍵盤輸入和顯示輸出,以及開關(guān)量的輸入輸出。
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中電流采樣的作用就是檢測交流同步電動機(jī)的三相定子電流并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號輸入到DSP中,再由DSP的AD模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量進(jìn)行處理。因?yàn)楸疚难芯康氖侨嗥胶庀到y(tǒng)Ia+Ib+Ic=0,因此只要檢測其中的兩路電流,就可以得到三相電流。
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)三種電流采樣方案的分析與比較
一、利用霍耳傳感器采樣電流
LEM霍耳傳感器介紹
采用霍爾電流傳感器(LEM模塊)--
LA25-NP對電流進(jìn)行檢測?;魻柶骷鶕?jù)磁補(bǔ)償原理制作而成,它可傳感從直流到數(shù)百千赫茲的信號。它突出的特點(diǎn)是在整個工作區(qū)域內(nèi)輸出特性是線性的,功耗小,重量輕,溫度穩(wěn)定性好,測量頻帶寬,能測量各種波形的電流,而且電隔離,輸出為電壓信號或電流信號,精度普遍較高,因而使用極為方便可靠,是理想的電流傳感器;但是成本較高。
二、電流采樣電路設(shè)計(jì)
電流采樣電路由于TMS320F2812片內(nèi)的ADC模塊要求輸入0~3V的單極信號,必須將LEM輸出的小電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,再經(jīng)過放大濾波后輸入DSP。因此,設(shè)計(jì)了電路來進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換,霍爾傳感器件所允許的負(fù)載電阻,考慮到霍爾器件的輸出電流信號較弱,選用運(yùn)放構(gòu)成反相放大器,反相放大器的輸入阻抗很高,R2的影響可以忽略,反相端通過可調(diào)電阻輸入的參考電壓為2V,設(shè)定電機(jī)的最大啟動電流為
20A,當(dāng)I = 20A時,對應(yīng)的ADC輸入為3V;當(dāng)I = -20A時,對應(yīng)的 ADC輸入為0V;I =
0時,ADC的輸入為1.5V,將具有正負(fù)極性的電流反饋信號轉(zhuǎn)換為單極信號送入DSP。
三、?利用采樣電阻結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片采樣電流
?7860以及接口芯片0872介紹
HCPL-7860/0872是Agilent公司的兩款用于隔離A/D轉(zhuǎn)換的IC,其典型應(yīng)用電路如圖3所示,其中HCPL-7860為隔離調(diào)制器部分,HCPL-0872為數(shù)字接口部分,它們一起組合成一套隔離可編程雙芯片A/D轉(zhuǎn)換器。HCPL-7860/0872組成的可編程A/D轉(zhuǎn)換器具有12位的線性度,轉(zhuǎn)換時間為800nS,可提供5種轉(zhuǎn)換模式,輸入電壓范圍為-200mV~+200mV,單5V電源供給,HCPL-7860內(nèi)部分為轉(zhuǎn)換編碼模塊和譯碼模塊,轉(zhuǎn)換編碼模塊包含一個式過采樣A/D轉(zhuǎn)換器,它將輸入的低帶寬模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為一位高速串行數(shù)據(jù)流。
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