伺服控制系統(tǒng)中高精度電流采樣的設(shè)計(jì)

　　數(shù)字伺服系統(tǒng)的控制策略

　　數(shù)字伺服系統(tǒng)一般是由三個(gè)閉環(huán)來完成，其原理如圖2所示，第一層是位置環(huán)、第二層是速度環(huán)、第三層是電流環(huán);其中位置、速度都是外環(huán)，而電流環(huán)則是系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)環(huán)，它的構(gòu)成是由核心硬件以及關(guān)鍵解算軟件組成的，全數(shù)字伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心傳動部分，也是技術(shù)難度最大的部分，其最主要的特點(diǎn)就是高速、高精、功能豐富多樣。電流環(huán)是伺服系統(tǒng)的核心控制環(huán)，而保證速度精度以及力矩平穩(wěn)性的最關(guān)鍵就是數(shù)字伺服中的電流環(huán)的設(shè)計(jì)，所以一個(gè)系統(tǒng)性能是否優(yōu)秀與電流環(huán)的設(shè)計(jì)息息相關(guān)。

　　LEM傳感器與電流采樣電路

　　因?yàn)椴蓸拥木群退俣戎苯訉?dǎo)致整個(gè)電流環(huán)的運(yùn)算精度，從而直接對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生非常重大的影響。而在電量參數(shù)測量領(lǐng)域內(nèi)，萊姆(LEM)公司的霍爾電流傳感器由于其穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品性能成為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選，LTS25-NP傳感器采用的是單電源供電，相對于采用雙電源供電的傳感器, 萊姆傳感器在外圍的硬件電路設(shè)計(jì)上更加簡單，不需要增加電壓抬升電路從而減少電源對系統(tǒng)的干擾。此款傳感器另一優(yōu)點(diǎn)是溫漂小，精度高;而且內(nèi)置采樣電阻，其輸出端是電壓型輸出，避免了因增加外接采樣電阻以及運(yùn)放后進(jìn)入DSP使精度有所降低。

　　該傳感器有正極(+5)、測量端(OUT)及地(0)三個(gè)引腳，如圖3所示。該款傳感器是閉環(huán)霍爾電流傳感器，使用霍爾器件作為核心敏感元件、用于隔離檢測電流的模塊化產(chǎn)品。為防止干擾，在霍爾傳感器的供電電源端和地端單獨(dú)并接一只1μF的退耦濾波電容。

　　電流檢測電路是把永磁同步電機(jī)的三相定子電流經(jīng)傳感器后進(jìn)入DSP轉(zhuǎn)換成是數(shù)字形式并進(jìn)行一系列的變換,由于本系統(tǒng)是三相平衡系統(tǒng)：Ia+Ib+Ic=0;因此只需要檢測其中兩相電流，就可以得到三相電流。由永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可知，定子電流檢測的精度和實(shí)時(shí)性是整個(gè)矢量控制系統(tǒng)精度的關(guān)鍵，因此本系統(tǒng)采用LTS25-NP型傳感器來檢測電流。