Pemacu servo digital

Untuk mencapai kawalan prestasi tinggi - AC Magnet Magnet Synchronous Motors, Tonghang merancang pemacu servo AC digital sepenuhnya berdasarkan pemproses isyarat digital (DSP) dan modul kuasa pintar (IPM). Reka bentuk ini terutamanya merangkumi prinsip asas pemacu, reka bentuk perkakasan unit kawalan servo, dan proses pelaksanaan perisian. Keputusan eksperimen pasukan R & D kami menunjukkan bahawa pemacu yang direka dapat memacu motor untuk mengesan langkah dan isyarat sinusoidal sambil mengekalkan parameter kawalan berterusan, sambil mempamerkan prestasi dinamik yang sangat baik dan ketepatan keadaan -.

Perkembangan pesat teknologi radar kapal telah meletakkan permintaan yang lebih tinggi pada sistem servo untuk mengesan ketepatan, kestabilan kelajuan, dan kebolehpercayaan. Ini memerlukan pemacu servo AC untuk menawarkan prestasi dinamik yang unggul, ketepatan, fleksibiliti, dan kemudahan penggunaan keadaan mantap. Pemacu servo AC telah berkembang melalui kawalan penguat magnet, kawalan transistor, kawalan litar bersepadu, dan kawalan komputer, dan kini telah memasuki era baru, ditandai dengan kemunculan pemproses isyarat digital (DSP) dan modul kuasa pintar (IPMS). Ini telah membolehkan modularization dan pendigitan penuh pemacu servo AC.

DSP untuk kawalan motor menawarkan keupayaan pemprosesan data yang luar biasa dan kelajuan tinggi, menjadikannya sesuai untuk melaksanakan algoritma kawalan servo AC kompleks dan meningkatkan ketepatan dan kebolehpercayaan kawalan sistem. IPM (pengawal fasa pertengahan) (IPM) menggunakan teknologi pulse - modulasi lebar (PWM) untuk menukar kuasa DC ke dalam kuasa AC dengan voltan dan kekerapan laras untuk kawalan motor. Ia mengintegrasikan IGBT dan litar pemacu mereka, dan mempunyai perlindungan terhadap litar pintas, overcurrent, undervoltage, dan overheating. Ia mempunyai integrasi yang tinggi, ciri perlindungan komprehensif, dan kebolehpercayaan yang sangat baik. Makalah ini mencadangkan pemacu servo AC digital sepenuhnya berdasarkan DSP dan IPM. Ia menggunakan algoritma kawalan vektor untuk mencapai kawalan gelung tertutup- sepenuhnya dari kedudukan, kelajuan, dan semasa motor. Kami memberi tumpuan kepada reka bentuk perkakasan dan perisian unit kawalan servo dan menghasilkan hasil eksperimen dari operasi motor.

Prinsip pemacu servo

Pemacu servo AC terdiri terutamanya daripada dua komponen utama: unit kawalan servo dan unit pemacu kuasa.

Litar penukaran kuasa dalam unit kawalan servo menyediakan +5 V dan ± 15V kuasa ke pelbagai modul dalam pemacu. Litar kawalan servo menerima isyarat resolver dan tiga - voltan fasa dan isyarat semasa dari motor untuk kawalan motor. Ia juga menerima isyarat overvoltage bas dan undervoltage, tiga - isyarat overcurrent fasa, dan isyarat kesalahan IPM untuk pengesanan dan perlindungan kesalahan. Ia menjalankan algoritma kawalan gelung - dan output enam isyarat PWM.

Unit pemacu kuasa membetulkan dan menapis input tiga - kuasa AC fasa, menukar kuasa DC ke dalam kuasa AC amplitud dan kekerapan yang sesuai melalui modul kuasa pintar untuk mengawal motor. Ia mengesan voltan bas dan tiga - voltan fasa dan isyarat semasa untuk kawalan dan perlindungan pemacu.

Reka bentuk perkakasan litar kawalan servo

Litar kawalan servo adalah bahagian teras pemacu servo AC, dan fungsi utamanya adalah seperti berikut:

Menerima isyarat perintah dan maklum balas;
Berjalan ditutup - algoritma kawalan servo gelung;
Menjana isyarat output PWM;
Mengawal operasi motor untuk prestasi tinggi;
Memberi perlindungan terhadap kegagalan overvoltage, undervoltage, overcurrent, dan IPM melalui pengesanan masa dan pemprosesan masa dan pemprosesan pelbagai maklumat kesalahan.

Berdasarkan reka bentuk modular, litar kawalan servo menggunakan seni bina perkakasan DSP+FPGA.

Cip DSP terutamanya menyedari kawalan prestasi tinggi - motor, termasuk fungsi berikut

(1) Ia mempunyai 32 - bit tunggal - ketepatan terapung - unit aritmetik titik, yang boleh memproses algoritma kawalan vektor motor dengan beban penapis yang tinggi dan

(2) Ia mempunyai modul komunikasi ECAN, yang dapat merealisasikan komunikasi dengan komputer tuan rumah, menerima arahan kawalan dan menghantar pelbagai operasi dan kesalahan pemandu;

(3) ia mempunyai pelbagai programmable secara bebas yang boleh diprogramkan umum - Input Input dan Output Tujuan (GPIO), yang dapat merealisasikan kawalan i0 pemandu;

4) Ia mempunyai penukar A/D 12-bit, yang dapat merealisasikan kawalan input analog;

(5) Ia mempunyai modul bas IC, yang dapat merealisasikan komunikasi dengan E2PROM, menyimpan parameter kawalan dan kesalahan sejarah pemandu;

(6) Ia mempunyai modulasi modulasi lebar nadi - tinggi (PWM), yang dapat dengan mudah merealisasikan kawalan PWM motor;

(7) Ia mempunyai antara muka luaran bas selari (XINTF), yang dapat merealisasikan komunikasi dengan cip FPGA, menerima maklumat status seperti kedudukan, kelajuan dan semasa, dan maklumat kesalahan seperti overvoltage, undervoltage, overcurrent dan kesalahan IPM.

Cip FPGA terutamanya memproses kedudukan kedudukan, voltan, arus, dan kesalahan, termasuk fungsi berikut

(1) menerima dan memproses maklumat kedudukan motor melalui modul RDC periferal;
(2) menerima dan memproses tiga fasa motor - semasa dan tiga - maklumat voltan fasa melalui modul A/D periferal;
(3) menghantar maklumat status yang diproses dan maklumat kesalahan ke cip DSP;
(4) menerima isyarat PWM yang dihantar oleh cip DSP, interlocknya, dan output;
(5) Menerima overvoltage bas, undervoltage, tiga - fasa overcurrent, dan isyarat kesalahan IPM, dan melaksanakan perlindungan dengan menyekat isyarat output PWM sekiranya berlaku kesalahan.

Reka Bentuk Perisian Kawalan Servo

Perisian Kawalan Servo berjalan pada cip DSP, terutamanya menerima arahan dan maklumat status maklum balas. Ia kemudiannya melaksanakan tiga gelung kawalan gelung - yang tertutup untuk kedudukan motor, kelajuan, dan semasa menggunakan algoritma kawalan yang sepadan. Rajah blok prinsip kawalan - yang ditutup dalam Rajah 3. Algoritma kawalan PI direka untuk ketiga -tiga gelung tertutup - berdasarkan kesilapan antara perintah dan maklum balas. Algoritma kawalan semasa menggunakan medan - kawalan vektor berorientasikan untuk motor. Transformasi Clark dan Park digunakan untuk mengubah arus fasa tiga - dalam sistem koordinat ABC pegun ke dalam arus fasa dua - dalam sistem koordinat DQ berputar. Algoritma gelung - tertutup digunakan untuk mengawal arus paksi DQ motor, yang kemudian diselaraskan menggunakan transformasi taman songsang, transformasi Clark songsang, dan PWM. Voltan fasa tiga - stator diselaraskan untuk mencapai kawalan motor.

Perisian kawalan servo terutamanya terdiri daripada program utama dan rutin mengganggu. Program utama mula -mula memulakan sistem, mengkonfigurasi parameter daftar untuk setiap modul cip dan parameter sistem. Ia kemudian melakukan ujian - sendiri status pemandu untuk menentukan sama ada semua komponen berfungsi dengan betul. Jika ujian diri - gagal, penunjuk kesalahan berkelip sebagai penggera. Jika ujian diri - berlalu, kuasa disambungkan dan litar memasuki keadaan gelung. Sekali dalam keadaan gelung, cip kawalan terlebih dahulu menerima arahan kawalan. Apabila menerima arahan larian, gangguan pemasa diaktifkan. Pemasa mengganggu subrutin melaksanakan algoritma kawalan motor, memandu motor. Apabila menerima arahan berhenti, pemasa mengganggu dilumpuhkan, menghentikan motor. Selepas setiap pemasa mengganggu subrutin selesai, ia memeriksa isyarat kesalahan seperti overvoltage, undervoltage, dan overcurrent. Sekiranya kesalahan dikesan, isyarat output PWM segera dilumpuhkan dan penunjuk kesalahan berkelip sebagai penggera. Sekiranya tiada kesalahan dikesan, gelung litar dan menunggu untuk mengganggu pemasa seterusnya.

Pemasa mengganggu subrutin adalah teras algoritma kawalan servo, melengkapkan kedudukan motor, kelajuan, dan algoritma kawalan semasa. Tempoh gangguan pemasa adalah 0.1ms, yang menentukan output PWM. Kekerapan isyarat output juga merupakan tempoh gelung semasa. Selepas memasuki subrutin mengganggu pemasa, kedudukan motor, kelajuan, dan maklumat semasa dibaca terlebih dahulu. Kemudian, bergantung kepada mod operasi, kedudukan, kelajuan, atau perintah semasa dibaca dan algoritma kawalan yang sepadan dilaksanakan. Akhirnya, isyarat PWM yang mengawal motor adalah output.

Hasil eksperimen

Pemacu servo AC yang dibangunkan mempunyai kuasa output kira -kira 6 kW. Untuk menyiasat prestasi kawalannya, motor servo Tonghang dengan kuasa yang diberi nilai 5.5 kW dan kelajuan undian 3200 rpm digunakan.

Eksperimen 1: Mengesan isyarat langkah pada kelajuan yang dinilai. Keputusan eksperimen ditunjukkan dalam angka tersebut.

Seperti yang dapat dilihat dari angka, masa kenaikan motor ketika menjejaki isyarat langkah 3200 R/min adalah kira -kira 80ms, dengan overshoot sebanyak 1.5%. Puncak - ke - turun naik kelajuan puncak dalam keadaan mantap adalah kurang daripada 5 r/min. Ini menunjukkan bahawa pemandu yang direka mempunyai prestasi dinamik yang sangat baik dan ketepatan keadaan -.

Eksperimen 2: Mengesan isyarat sinusoidal pada kelajuan yang diberi nilai. Keputusan eksperimen ditunjukkan dalam angka tersebut. Seperti yang dapat dilihat dari angka, motor dapat menjejaki isyarat sinusoidal dengan amplitud 3200 r/min dan tempoh 1s, dengan kesilapan pengesanan puncak kurang dari 20 r/min. Ini menunjukkan bahawa pemandu yang direka boleh memandu motor untuk mengesan kedua -dua langkah dan isyarat sinusoidal sambil mengekalkan parameter kawalan berterusan, menunjukkan prestasi penyesuaian yang sangat baik.

Ringkasan

Untuk memenuhi keperluan kawalan prestasi tinggi - sistem servo, Tonghang telah merancang pemacu servo AC berdasarkan modularity. Pemandu ini menggunakan cip pemprosesan isyarat digital dan modul kuasa pintar sebagai komponen terasnya. Pemandu mempunyai struktur padat, integrasi perkakasan yang tinggi, dan algoritma kawalan perisian canggih. Hasil eksperimen menunjukkan bahawa pemandu servo AC yang direka boleh memandu motor untuk mengesan kedua -dua langkah dan isyarat sinusoidal dengan prestasi tinggi sambil mengekalkan parameter kawalan berterusan, dan mempamerkan prestasi penyesuaian yang sangat baik.