基于DSP的高精度伺服位置環(huán)設(shè)計(jì)方案

機(jī)床是裝備制造業(yè)的母機(jī)，也是裝備制造業(yè)的引擎。我國“十一五”發(fā)展規(guī)劃明確規(guī)定：國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床國內(nèi)市場占有率要達(dá)到60%，高端產(chǎn)品與國際先進(jìn)水平的差距縮小到5年以內(nèi)。
　　作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控機(jī)床向高速度、高精度、高效率邁進(jìn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。隨著新的微處理器、電力電子技術(shù)和傳感器技術(shù)在伺服驅(qū)動(dòng)裝置的應(yīng)用，伺服驅(qū)動(dòng)器的性能獲得極大的提高。如日本的安川公司利用新的微處理器，以及通過擴(kuò)充新的控制算法，速度頻率響應(yīng)提高到了1.6kHz，具有自動(dòng)測定機(jī)械特性，設(shè)置所需要的伺服增益功能，實(shí)現(xiàn)了“在線自動(dòng)調(diào)整功能”;發(fā)那科公司的新一代驅(qū)動(dòng)器則采用了1600萬/轉(zhuǎn)的高分辨率的編碼器，高精度電流檢測，實(shí)現(xiàn)了高速、高精度的伺服HRV(高響應(yīng)向量)控制算法，伺服電機(jī)的最大控制電流減少50%，并減少電機(jī)發(fā)熱17%，使得伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以獲得更高的剛性和過載能力。國內(nèi)在高性能伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面，與國外名牌企業(yè)仍存在較大的差距，已成為制約我國發(fā)展中高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”問題。
　　針對舊產(chǎn)品的信號處理時(shí)間長，電流與位置信號檢測精度低的不足，本系統(tǒng)以TMS320F2812 DSP為控制器，縮短了信號處理時(shí)間且提高電流采樣精度;位置檢測用多摩川的TS5667N120 17位絕對式編碼器以提高了位置檢測精度。系統(tǒng)在數(shù)控加工中心的應(yīng)用中，具有定位無超調(diào)、高剛性、高速度穩(wěn)定性，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，可以滿足微米級加工精度的要求。
　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)硬件以 TMS320F2812DSP控制器、三菱公司的IPM功率模塊、多摩川公司的TS5667N120 17位絕對式編碼器為主要功能部件，硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1中TMS320F2812 DSP為控制核心，接收來自CNC、編碼器接口、電流檢測模塊和故障信號處理模塊的信息，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。