一种新型交流伺服系统技术方案

一种新型交流伺服系统，适用于电气控制领域。基于TMS320F2812的永磁同步电动机全数字交流伺服系统的解决方案，硬件包括总体电路、功率驱动回路、速度和位置检测电路、系统保护电路以及LED显示电路的设计，软件分别设计了矢量控制系统的程序设计包括主程序和中断服务子程序等。该伺服控制控制系统具有快速的转速响应、较强的抗冲击扰动能力，速度控制的调节性能良好，系统工作稳定，具有较强的抗干扰性和可靠性，精度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种新型交流伺服系统所属
本专利技术涉及一种新型交流伺服系统，适用于电气控制领域。
技术介绍
电动机，反馈，控制，驱动，通讯的纵向一体化成为当前小功率伺服系统的一个发展方向。有时我们称这种集成了驱动和通讯的电机叫智能化电机(SmartMotor)，有时我们把集成了运动控制和通讯的驱动器叫智能化伺服驱动器。电机，驱动和控制的集成使三者从设计，制造到运行，维护都更紧密地融为一体。但是这种方式面临更大的技术挑战(如可靠性)和工程师使用习惯的挑战，因此很难成为主流，在整个伺服市场中是一个很小的有特色的部分。通用型驱动器配置有大量的参数和丰富的菜单功能，便于用户在不改变硬件配置的条件下，方便地设置成V/F控制，无速度传感器开环矢量控制，闭环磁通矢量控制，永磁无刷交流伺服电动机控制及再生单元等五种工作方式，适用于各种场合，可以驱动不同类型的电机，比如异步电机，永磁同步电机，无刷直流电机，步进电机，也可以适应不同的传感器类型甚至无位置传感器。可以使用电机本身配置的反馈构成半闭环控制系统，也可以通过接口与外部的位置或速度或力传感器构成高精度全闭环控制系统。现代交流伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变，数字控制环已经无处不在，比如换相，电流，速度和位置控制;采用新型功率半导体器件，高性能DSP加FPGA，以及伺服专用模块(比如IR推出的伺服控制专用引擎)也不足为奇。国际厂商伺服产品每5年就会换代，新的功率器件或模块每2～2.5年就会更新一次，新的软件算法则日新月异，总之产品生命周期越来越短。尽管这方面的工作早就在进行，但是仍需要继续加强。主要包括电机本身的高效率比如永磁材料性能的改进和更好的磁铁安装结构设计，也包括驱动系统的化，包括逆变器驱动电路的优化，加减速运动的优化，再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式等。
技术实现思路
本专利技术提供一种新型交流伺服系统，该伺服控制控制系统具有快速的转速响应、较强的抗冲击扰动能力，速度控制的调节性能良好，系统工作稳定，具有较强的抗干扰性和可靠性，精度较高。本专利技术所采用的技术方案是：基于TMS320F2812的永磁同步电动机全数字交流伺服系统的解决方案，硬件包括总体电路、功率驱动回路、速度和位置检测电路、系统保护电路以及LED显示电路的设计，软件分别设计了矢量控制系统的程序设计包括主程序和中断服务子程序等。所述系统采用采用交-直-交电压型电路，主回路主要由整流电路、滤波电路以及智能功率模块IPM逆变电路组成，控制部分以TMS320F2812DSP控制器芯片为核心，用来完成电流环、速度环的算法实现、空间矢量PWM波(SVPWM)的产生等。辅助电路由速度检测电路、电流检测电路、故障检测保护、键盘、LED显示以及串行通信电路等组成，实现交流电动机的转速检测、电流检测以及上位机的监控。系统是一个有转速反馈的闭环系统。系统参数可以由键盘输入，DSP控制器负责转换A/D转换、计算电机的转速和位置，最后运用矢量控制算法，得到电压空间矢量的PWM控制信号，再经过光耦隔离电路后，驱动IPM功率开关器件。DSP控制器还负责系统的保护和监控，当系统出现过压、过流、欠压等故障时，DSP将封锁PWM输出信号，以保护IPM模块。所述系统在刚上电瞬间时，由于滤波电容处于短路状态，电容充电电流较大，容易损坏整流桥和滤波电容，所以在直流母线上接入限流电阻RL。电机在刚启动时，由于继电器还没有吸合，电流通过限流电阻向滤波电容充电，当滤波电容上电压达到电机正常运行的60%时，电压比较器LM393输出高电平，使三极管C945导通，继电器一端的变为低电平，其线圈两端的压差达到工作电压，电压继电器常开触头闭合，将电阻RL短路，结束限流起动过程，进入正常运行状态，对整流桥起到了保护作用。这种保护电路即使出现电源瞬间断电，仍能使系统正常工作。同时，可以改变电容C6的大小来调节限流起动的时间。所述DSP的运行交与中断服务程序控制，所需完成的功能主要由子模块实现。PWM中断程序用来实现电流采样及控制、转速计算、坐标变换以及SVPWM调制，是系统实现矢量控制的核心部分。系统采用模块化编程，PWM中断分以下几个模块:电流采样模块、电机转速模块、矢量控制坐标变换、PI调节、SVPWM模块。所述电流采样是在PWM中断服务程序中的，进入定时I的下溢中断后，就选择采样通道并开始A/D转换，这个是通过配置DSP的模拟数字转换控制寄存器来实现的，然后将ADCFIFO的数据放入数据寄存器。本专利技术的有益效果是：伺服控制控制系统具有快速的转速响应、较强的抗冲击扰动能力，速度控制的调节性能良好，系统工作稳定，具有较强的抗干扰性和可靠性，精度较高。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的控制系统硬件框图。图2是本专利技术的电机限流启动保护电路。图3是本专利技术的中断服务程序流程图。图4是本专利技术的电流采样流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，系统采用采用交-直-交电压型电路，主回路主要由整流电路、滤波电路以及智能功率模块IPM逆变电路组成，控制部分以TMS320F2812DSP控制器芯片为核心，用来完成电流环、速度环的算法实现、空间矢量PWM波(SVPWM)的产生等。辅助电路由速度检测电路、电流检测电路、故障检测保护、键盘、LED显示以及串行通信电路等组成，实现交流电动机的转速检测、电流检测以及上位机的监控。系统是一个有转速反馈的闭环系统。系统参数可以由键盘输入，DSP控制器负责转换A/D转换、计算电机的转速和位置，最后运用矢量控制算法，得到电压空间矢量的PWM控制信号，再经过光耦隔离电路后，驱动IPM功率开关器件。DSP控制器还负责系统的保护和监控，当系统出现过压、过流、欠压等故障时，DSP将封锁PWM输出信号，以保护IPM模块。如图2,系统在刚上电瞬间时，由于滤波电容处于短路状态，电容充电电流较大，容易损坏整流桥和滤波电容，所以在直流母线上接入限流电阻RL。电机在刚启动时，由于继电器还没有吸合，电流通过限流电阻向滤波电容充电，当滤波电容上电压达到电机正常运行的60%时，电压比较器LM393输出高电平，使三极管C945导通，继电器一端的变为低电平，其线圈两端的压差达到工作电压，电压继电器常开触头闭合，将电阻RL短路，结束限流起动过程，进入正常运行状态，对整流桥起到了保护作用。这种保护电路即使出现电源瞬间断电，仍能使系统正常工作。同时，可以改变电容C6的大小来调节限流起动的时间。如图3，DSP的运行交与中断服务程序控制，所需完成的功能主要由子模块实现。PWM中断程序用来实现电流采样及控制、转速计算、坐标变换以及SVPWM调制，是系统实现矢量控制的核心部分。系统采用模块化编程，PWM中断分以下几个模块:电流采样模块、电机转速模块、矢量控制坐标变换、PI调节、SVPWM模块。如图4，电流采样是在PWM中断服务程序中的，进入定时I的下溢中断后，就选择采样通道并开始A/D转换，这个是通过配置DSP的模拟数字转换控制寄存器来实现的，然后将ADCFIFO的数据放入数据寄存器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型交流伺服系统，其特征是：所述的基于TMS320F2812的永磁同步电动机全数字交流伺服系统的解决方案，硬件包括总体电路、功率驱动回路、速度和位置检测电路、系统保护电路以及LED显示电路的设计。

【技术特征摘要】
1.一种新型交流伺服系统，其特征是：所述的基于TMS320F2812的永磁同步电动机全数字交流伺服系统的解决方案，硬件包括总体电路、功率驱动回路、速度和位置检测电路、系统保护电路以及LED显示电路的设计。2.根据权利要求1所述的一种新型交流伺服系统，其特征是：所述全数字交流伺服系统中，软件分别设计了矢量控制系统的程序设计包括主程序和中断服务子程序等。3.根据权利要求1所述的一种新型交流伺服系统，其特征是：所述的全数字交流伺服系统采用采用交-直-交电压型电路，主回路主要由整流电路、滤波电路以及智能功率模块IPM逆变电路组成。4.根据权利要求1所述的一种新型交流伺服系统，其特征是：所述的辅助电路由速度检测电路、电流检测电路、故障检测保护、键盘、LED显示以及串行通信电路等组成，实现交流电动机的转速检测、电流检测以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆宝，
申请(专利权)人：吴庆宝，
类型：发明
国别省市：辽宁,21