Digitaalne servo draiv

AC AC püsivate magnetiliste sünkroonmootorite kõrge - jõudluskontrolli saavutamiseks kavandas Tonghang täielikult digitaalse AC Servo -draivi, mis põhineb digitaalsel signaaliprotsessoril (DSP) ja intelligentsel toitemoodulil (IPM). See disain hõlmab peamiselt draivi põhiprintsiipe, servo juhtseadme riistvara kujundust ja tarkvara rakendamise protsessi. Meie teadus- ja arendustegevuse meeskonna eksperimentaalsed tulemused näitavad, et disainitud draiv suudab stabiilselt juhtida mootorit, et jälgida astmelisi ja sinusoidseid signaale, säilitades samal ajal pidevad juhtimisparameetrid, näidates samas suurepärase dünaamilise jõudluse ja ühtlase - oleku täpsust.

Shipborne'i radaritehnoloogia kiire areng on seadnud servosüsteemidele suuremad nõudmised täpsuse, kiiruse stabiilsuse ja töökindluse jälgimiseks. See nõuab AC Servo -draive, et pakkuda paremat dünaamilist jõudlust, ühtlast - oleku täpsust, mitmekülgsust ja kasutusmugavust. AC Servo -draivid on arenenud läbi magnetilise võimendi juhtimise, transistori juhtimise, integreeritud vooluahela juhtimise ja arvuti juhtimise ning on nüüd sisenenud uude ajastut, mida tähistab digitaalse signaaliprotsessorite (DSP) ja intelligentsete energiamoodulite (IPMS) tekkimine. See on võimaldanud vahelduvvoolu servo draivide modulaarset ja täielikku digiteerimist.

Mootori juhtimise DSP -d pakuvad erakordseid andmetöötlusvõimalusi ja kiireid kiiruseid, muutes need sobivaks keerukate AC Servo juhtimisalgoritmide rakendamiseks ning süsteemi juhtimise täpsuse ja töökindluse parandamiseks. IPM (vahefaasi kontroller) (IPM) kasutab Pulse - laiuse modulatsiooni (PWM) tehnoloogiat, et teisendada alalisvoolu võimsus vahelduvvoolu võimsuseks reguleeritava pinge ja sagedusega mootori juhtimiseks. See integreerib IGBT -sid ja nende ajami vooluringi ning sellel on kaitse lühikeste vooluringide, ülevoolu, alapinge ja ülekuumenemise eest. Sellel on kõrge integratsioon, põhjalikud kaitsefunktsioonid ja suurepärane töökindlus. Selles artiklis pakutakse DSP ja IPM -il põhinevat täielikult digitaalset vahelduvvoolu servo -draivi. See kasutab vektorjuhtimisalgoritmi, et saavutada mootori positsiooni, kiiruse ja voolu täieliku suletud - silmuse juhtimine. Keskendume servo juhtseadme riist- ja tarkvara kujundamisele ning esitame mootori töö eksperimentaalsed tulemused.

Servo Drive'i põhimõte

AC Servo -draiv koosneb peamiselt kahest põhikomponendist: servo juhtseade ja toiteülem.

Servo juhtseade toitemuundumise vooluring annab +5 V ja ± 15 V võimsus ajami erinevatele moodulitele. Servo juhtskeem võtab vastu eraldussignaale ja kolme - faasipinget ja mootori juhtimise voolu signaale. Samuti võtab see vastu siinide ülepinge- ja alapinge signaale, kolme - faasi ülevoolu signaale ja IPM rikkesignaale rikke tuvastamiseks ja kaitseks. See käivitab suletud - silmuse juhtimisalgoritmi ja väljastab kuus PWM -signaali.

Toiteülekanne parandab ja filtreerib sisendi kolm - faasi vahelduvvoolu, muutes alalisvoolu sobiva amplituudi ja sageduse vahelduvvooluks intelligentse võimsusmooduli kaudu mootori juhtimiseks. See tuvastab siini pinge ja kolm - faasipinget ja voolu signaale draivi juhtimiseks ja kaitseks.

Servo juhtimisahela riistvara kujundus

Servo juhtskeem on AC Servo Drive'i põhiosa ja selle peamised funktsioonid on järgmised:

Saab käsu- ja tagasisidesignaale;
Käivitab suletud - silmuse servo juhtimisalgoritmid;
Genereerib PWM -väljundsignaale;
Juhib mootori töö suure jõudluseks;
Pakub kaitset ülepinge, alapinge, ülevoolu ja IPM -i tõrgete eest reaalse - aja tuvastamise ja töötlemise kaudu.

Moodulkujunduse põhjal kasutab servo juhtimisahela DSP+FPGA riistvara arhitektuuri.

DSP -kiip realiseerib peamiselt mootori kõrge - jõudluse juhtimise, sealhulgas järgmised funktsioonid

(1) Sellel on 32 - bitine üksik - täpsus ujuv - punkt-aritmeetiline üksus, mis suudab töödelda mootori vektori juhtimisalgoritme suurte arvutusliku koormuse ja signaali filtreerimise algoritmidega, millel on kõrge reaalne - ajanõuded jne.

(2) sellel on ECAN -i kommunikatsioonimoodul, mis suudab realiseerida suhtlemist hostarvutiga, saada juhtimisjuhiseid ja saata juhi mitmesuguseid töö- ja rikkeseisundeid;

(3) Sellel on mitu iseseisvalt programmeeritavat multipleksitud üldist - eesmärgi sisend- ja väljundliideseid (GPIO), mis suudab realiseerida draiveri i0 juhtimist;

4) sellel on 12-bitine A/D muundur, mis suudab realiseerida analoogsisendi juhtimist;

(5) sellel on IC -bussimoodul, mis suudab suhelda E2PROM -iga, salvestada juhi juhtimisparameetrid ja ajaloolised rikked;

(6) Sellel on kõrge - eraldusvõime impulsi laiuse modulatsioon (PWM) moodul, mis suudab hõlpsalt realiseerida mootori PWM -i juhtimist;

(7) Sellel on paralleelse siini väline liides (XINTF), mis suudab realiseerida suhtlust FPGA kiibiga, saada olekuteavet, näiteks positsiooni, kiirust ja voolu ning tõrketeavet, näiteks ülepinge, alapinge, ülevoolu ja IPM -rike.

FPGA kiip töötleb peamiselt positsiooni, pinget, voolu ja rikkesignaale, sealhulgas järgmisi funktsioone

(1) vastu ja töödelda mootori positsiooniteavet perifeerse RDC mooduli kaudu;
(2) Mootori kolme - faasivool ja kolm- faasipingeteavet perifeerse A/D mooduli kaudu;
(3) saatke töödeldud olekuteave ja tõrketeave DSP kiibile;
(4) Võtke vastu PWM -signaal, mille DSP -kiib saadetakse, lukustage see ja väljutage;
(5) Võtke siini ülepinge, alapinge, kolm - faasi ülevoolu ja IPM rikkesignaale ning rakendage kaitset, blokeerides PWM -i väljundsignaali rikke korral.

Servo juhtimistarkvara disain

Servo juhtimistarkvara töötab DSP -kiibil, saades peamiselt käske ja tagasiside oleku teavet. Seejärel rakendab see mootori asendi, kiiruse ja voolu jaoks kolm suletud - silmuse juhtimissilmuseid, kasutades vastavaid juhtimisalgoritme. Suletud - silmuse juhtimise põhimõtte plokkskeem on näidatud joonisel 3. Pi juhtseadme algoritmid on mõeldud kõigi kolme suletud - silmuste jaoks, mis põhinevad käskude ja tagasiside vahelisel veast. Praegune juhtimisalgoritm kasutab mootori jaoks välja - vektorjuhtimist. Clarki ja pargi teisendusi kasutatakse kolme - faasivoolu muutmiseks statsionaarses ABC koordinaatsüsteemis kaheks - faasivooluks pöörleva DQ -koordinaatsüsteemi süsteemis. Mootori DQ -telje voolude reguleerimiseks kasutatakse suletud - silmuse algoritmi, mida seejärel reguleeritakse pöördpargi teisenduse, pöördvõrdelise Clarki teisenduse ja PWM abil. Staatori kolme - faasipinget reguleeritakse mootori juhtimise saavutamiseks.

Servo juhtimistarkvara koosneb peamiselt põhiprogrammist ja katkestusrutiinist. Põhiprogramm initsialiseerib süsteemi kõigepealt, konfigureerides registriparameetrid iga juhtkiibimooduli ja süsteemi parameetrite jaoks. Seejärel teostab see isejuhi oleku testi -, et teha kindlaks, kas kõik komponendid töötavad korralikult. Kui test - ebaõnnestub, vilgub rikke indikaator häirena. Kui test - läbib, on toide ühendatud ja vooluring siseneb silmuse olekusse. Olles silmuse olekus, võtab juhtkiip kõigepealt vastu juhtimistele. Käsu käsu vastuvõtmisel on taimeri katkestus lubatud. Taimer katkestab alamprogrammi mootori juhtimisalgoritmi, juhtides mootorit. Stop -käsu saamisel on taimeri katkestus keelatud, peatades mootori. Pärast seda, kui iga taimer katkestab alamprogrammi, kontrollib see rikkesignaale nagu ülepinge, alapinge ja ülevoolu. Kui tõrge tuvastatakse, on PWM -väljundsignaal kohe keelatud ja rikke indikaator vilgub häirena. Kui tõrget ei tuvastata, silmub ja ootab järgmist taimeri katkestust.

Taimeri katkestuse alamprogramm on servo ajami juhtimise algoritmi tuum, mis lõpetab mootori asendi, kiiruse ja voolu juhtimisalgoritmid. Taimeri katkestusperiood on 0,1 ms, mis määrab PWM -väljundi. Väljundsignaali sagedus on ka praeguse silmuse periood. Pärast taimeri katkestuse alamprogrammi sisestamist loetakse kõigepealt mootori asukoht, kiirus ja praegune teave. Seejärel, sõltuvalt töörežiimist, loetakse positsiooni, kiirust või voolu käsku ja täidetakse vastav juhtimisalgoritm. Lõpuks on mootorit juhtiv PWM -signaal väljund.

Eksperimentaalsed tulemused

Välja töötatud vahelduvvoolu servo -draivi väljundvõimsus on umbes 6 kW. Selle juhtimis jõudluse uurimiseks kasutati Tonghangi servomootorit, mille nimivõimsus oli 5,5 kW ja nimikiirus 3200 p / min.

1. katse: astmesignaali jälgimine nimikiirusel. Eksperimentaalsed tulemused on näidatud joonisel.

Nagu jooniselt näha, on mootori tõusuaeg 3200 r/min astmesignaali jälgimisel umbes 80 ms, ületamine 1,5%. Piik - kuni - tippkiiruse kõikumine püsiseisundis on väiksem kui 5 r/min. See näitab, et kavandatud draiveril on suurepärane dünaamiline jõudlus ja püsiv - oleku täpsus.

2. katse: sinusoidaalse signaali jälgimine nimikiirusel. Eksperimentaalsed tulemused on näidatud joonisel. Nagu jooniselt näha, suudab mootor jälgida sinusoidaalset signaali amplituudiga 3200 r/min ja periood 1, maksimaalne jälgimisviga on alla 20 R/min. See näitab, et kavandatud juht suudab mootoriga juhtida nii astme- kui ka sinusoidaalsete signaalide jälgimiseks, säilitades samal ajal püsivaid juhtimisparameetreid, näidates suurepärast adaptiivset jõudlust.

Kokkuvõte

Servosüsteemide kõrge - jõudluskontrolli nõuete täitmiseks on Tonghang kavandanud modulaarsusel põhineva AC Servo draiver. See draiver kasutab oma põhikomponentidena digitaalset signaalitöötluse kiipi ja intelligentset toitemoodulit. Draiveril on kompaktne struktuur, kõrge riistvara integreerimine ja täiustatud tarkvara juhtimisalgoritmid. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et kavandatud AC Servo draiver suudab mootoriga juhtida nii astme- kui ka sinusoidseid signaale suure jõudlusega, säilitades samal ajal püsivaid juhtimisparameetreid, ja sellel on suurepärane adaptiivne jõudlus.