基于TMS320F2812的雙通道高精度伺服系統(tǒng)
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功率電路包括驅(qū)動電路和逆變電路兩個部分。圖2是單個通道的功率電路原理圖,三相逆變電路由6只功率MOSFET構成。系統(tǒng)采用了集成驅(qū)動芯片IR2133實現(xiàn)對功率MOSFET的驅(qū)動控制,具有欠電壓保護和過電流保護功能。IR2133的供電采用了自舉方式,用單電源經(jīng)過3個二極管給逆變器的3個上橋臂驅(qū)動電路供電, 3個下橋臂則共用一個電源。PWM輸入信號經(jīng)過IR2133放大后驅(qū)動MOS2FET工作,產(chǎn)生控制BLDCM 的三相電壓。IR2133內(nèi)部集成的運算放大器采集母線電流信號,實現(xiàn)電流閉環(huán)控制。ITR IP引腳外接采樣電阻,實現(xiàn)過電流保護。當發(fā)生電源欠電壓或過電流故時,FAULT引腳輸出為低電平,送至TMS320F2812的故障保護引腳,關閉PWM輸出,實現(xiàn)報警保護功能。圖中R6、R7 構成分壓電路,檢測直流母線的供電電壓,防止系統(tǒng)工作在異常供電條件下,并根據(jù)檢測到的電壓執(zhí)行電壓補償算法,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173735.htm
2. 2 RDC電路設計
本系統(tǒng)采用旋轉變壓器作為位置檢測元件。旋轉變壓器輸出的正/余弦信號經(jīng)過RDC電路后變成數(shù)字信號,通過數(shù)據(jù)總線送入TMS320F2812,構成轉子位置檢測反饋通道。位置反饋、轉子位置確定、速度測量都取決于該通道,其精度是系統(tǒng)實現(xiàn)轉速穩(wěn)定及位置精度的關鍵因素之一,所以該反饋電路是系統(tǒng)的關鍵通道。為了保證該通道的精度,系統(tǒng)采用了AD2S83集成電路實現(xiàn)RDC變換功能,具有抗干擾能力強,線性度好,精度高等優(yōu)點,電路如圖3所示。
圖3 RDC角度轉換電路
圖3中,旋轉變壓器的輸出信號送入AD2S83,DATA [ 0～16 ]為AD2S83 的數(shù)字輸出; SC1 和SC2選擇AD2S83輸出精度,根據(jù)電機最高轉速進行選擇。在設計過程中,充分利用了TMS320F2812資源豐富、引腳多的特點,由其對精度選擇位進行控制,擴展了使用對象; 本系統(tǒng)伺服電機的最高轉速為1 500 r/min,AD2S83最終選擇14 位精度。參考信號的頻率為18 kHz,圖中各個元件取值的詳細計算過程見文獻[ 6 ]。
3 控制策略及實現(xiàn)
本系統(tǒng)為實時性強的數(shù)字化高精度伺服系統(tǒng)。在系統(tǒng)設計中,充分利用了數(shù)字控制技術,簡化硬件電路設計,提高系統(tǒng)可靠性,充分發(fā)揮軟件強大功能,用軟件產(chǎn)生部分傳統(tǒng)上由硬件電路實現(xiàn)的功能?？刂破鬈浖饕蓛蓚€部分構成,一是主循環(huán)程序,二是PWM定時器下溢中斷服務子程序。主程序和中斷服務子程序相互配合,完成伺服電機的實時控制。主循環(huán)程序負責硬件外設的初始化、數(shù)據(jù)初始化和電機工作狀態(tài)轉換,并在發(fā)生故障時產(chǎn)生報警信息。由于采用的是單芯片控制兩臺伺服電機的方法,因此實現(xiàn)兩臺伺服電機的協(xié)同控制,完成狀態(tài)機的切換是主程序最重要的任務。按照設備的工作要求,兩臺伺服電機分為左右電機,其工作狀態(tài)有5個:左電機單獨工作、右電機單獨工作、左右電機同步工作、左右電機差動工作和左右電機鎖定保持,其中左/右電機單獨工作時,另外一臺電機處于鎖定狀態(tài),防止誤動作。根據(jù)上位機發(fā)送的控制指令,主程序確定工作狀態(tài),為中斷服務子程序的控制實現(xiàn)做準備。PWM定時器下溢中斷服務子程序是核心部分,實現(xiàn)旋轉變壓器信號讀取、電流檢測、電壓檢測、轉速計算和系統(tǒng)閉環(huán)控制等功能。TMS320F2812 集成有兩個事件管理器,每個事件管理器可以單獨控制一臺伺服電機。由于硬件電路采用了相同的設計,伺服電機完全相同,最后的技術指標也一致,因此對兩臺伺服電機的控制采取相同的控制算法,分別由各個事件管理器的中斷服務子程序調(diào)用執(zhí)行。根據(jù)SVPWM算法原理,在TMS320F2812中存儲了一個正弦表格,表格的長度依據(jù)旋轉變壓器的分辨率和系統(tǒng)要求的控制精度進行設置。由于采用了高精度的旋轉變壓器實現(xiàn)位置檢測,根據(jù)測得的無刷直流電動機反電勢信號將一個電周期劃分為六個扇區(qū),由讀取的旋轉變壓器信號確定相應的扇區(qū)號。圖4是PWM定時器中斷服務子程序的流程圖。
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