伺服控制系統(tǒng)中高精度電流采樣的設(shè)計(jì)

　　引言

　　伺服技術(shù)是跟蹤與定位控制技術(shù)，是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分，它廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)化裝備中。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各個(gè)行業(yè)對電伺服系統(tǒng)的需求日益增大，并對其性能提出了更高的要求。因此研究、制造高性能、高可靠性的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)先進(jìn)國家竟相努力的目標(biāo)，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　目前數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器基本被日本、歐美等國家壟斷。我國每年需要從國外進(jìn)口大量的此類設(shè)備用于CNC數(shù)控機(jī)床等行業(yè)，進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器價(jià)格高，維修服務(wù)不便。我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)器于20世紀(jì)90年代開始規(guī)?；a(chǎn)制造。華中數(shù)控HSV系列全數(shù)字交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元具有良好的性能。我公司自主開發(fā)的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)調(diào)速比為1:5000。

　　伺服控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　數(shù)字伺服系統(tǒng)主要由五部分組成：永磁同步電動(dòng)機(jī)，電源模塊，驅(qū)動(dòng)與逆變電路模塊，速度與位置檢測電路模塊以及控制電路模塊?？刂齐娐纺K包括核心控制芯片,人機(jī)界面和通訊模塊四部分;驅(qū)動(dòng)與逆變電路模塊包括逆變器主電路，電壓/電流采樣電路，過壓/欠壓保護(hù)、上電限流保護(hù)與制動(dòng)電路等，伺服的核心控制芯片采用TI公司最新的電機(jī)專用控制芯片TMS320F2812。

　　以TMS320F2812 DSP為控制核心(見圖1)，接收來自CNC、編碼器接口、電流檢測模塊和故障信號(hào)處理模塊的信息，完成對永磁同步電機(jī)控制和故障處理。光電隔離模塊作為電子電路與功率主電路的接口，將DSP發(fā)出的SVPWM信號(hào)經(jīng)送入IPM模塊，完成DC/AC逆變，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。編碼器接口將絕對式編碼器所記錄的永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁極位置、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和編碼器報(bào)警等信息送往DSP，同時(shí)將永磁同步電動(dòng)機(jī)的位置信息送往CNC。電機(jī)相電流經(jīng)電流檢測模塊量測、濾波、幅度變換、零位偏移、限幅，轉(zhuǎn)化為0~3V的電壓信號(hào)送入DSP的A/D引腳。功率主電路的過壓、欠壓、短路、電源掉電和IPM故障等信號(hào)經(jīng)故障檢測模塊檢測與處理后，送入DSP的I/O端口。鍵盤與顯示模塊是控制器的人機(jī)接口，用以完成控制參數(shù)的輸入，運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)顯示。存儲(chǔ)器模塊用以存儲(chǔ)控制參數(shù)與系統(tǒng)故障信息。

　　逆變電路使用的是三菱公司的IPM模塊，該智能功率模塊采用第5 代IGBT 工藝，內(nèi)置優(yōu)化后的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，以超小型體積，輸出功率強(qiáng)勁的三相波形。它具有以下突出性能：完整的功率輸出電路，直接連接負(fù)載;內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)電路;短路保護(hù);驅(qū)動(dòng)電壓欠壓保護(hù);采用第五代低功耗IGBT 管芯;超小型體積，僅重65 克。