Digitālais servo disks

Lai sasniegtu augstu -} maiņstrāvas pastāvīgo magnētu sinhrono motoru veiktspējas kontroli, Tonghang izstrādāja pilnībā digitālu maiņstrāvas servo piedziņu, kura pamatā ir digitālā signāla procesors (DSP) un inteliģents barošanas modulis (IPM). Šis dizains galvenokārt aptver diska pamatprincipus, servo vadības vienības aparatūras dizainu un programmatūras ieviešanas procesu. Mūsu R&D komandas eksperimentālie rezultāti parāda, ka projektētais piedziņa var stabili virzīt motoru, lai izsekotu soli un sinusoidālus signālus, saglabājot nemainīgus vadības parametrus, vienlaikus uzrādot izcilu dinamisku veiktspēju un vienmērīgu - stāvokļa precizitāti.

Radaru tehnoloģijas straujā attīstība ir izvirzījusi augstākas prasības servo sistēmām, lai izsekotu precizitāti, ātruma stabilitāti un uzticamību. Tas prasa AC servo diskdziņiem piedāvāt izcilu dinamisku veiktspēju, vienmērīgu - stāvokļa precizitāti, daudzpusību un lietošanas ērtumu. AC servo diskdziņi ir attīstījušies, izmantojot magnētiskā pastiprinātāja vadību, tranzistora vadību, integrētu ķēdes vadību un datora vadību, un tagad ir ievadījuši jaunu laikmetu, ko apzīmē ar digitālo signālu procesoru (DSP) un inteliģentu enerģijas moduļu (IPM) parādīšanos. Tas ir ļāvis AC servo diskdziņu modularizācijai un pilnīgai digitalizācijai.

Motora vadības DSP piedāvā izcilas datu apstrādes iespējas un lielu ātrumu, padarot tos piemērotus sarežģītu maiņstrāvas servo vadības algoritmu ieviešanai un sistēmas vadības precizitātes un uzticamības uzlabošanai. IPM (starpposma fāzes kontrolieris) (IPM) izmanto impulsu - platuma modulācijas (PWM) tehnoloģiju, lai DC jaudu pārveidotu maiņstrāvas jaudā ar regulējamu spriegumu un frekvenci motora vadībai. Tas integrē IGBT un to piedziņas shēmu, kā arī raksturo aizsardzību pret īssavienojumiem, pārmērīgu straumi, nepietiekamu spriegumu un pārkaršanu. Tas lepojas ar augstu integrāciju, visaptverošām aizsardzības funkcijām un lielisku uzticamību. Šajā dokumentā tiek piedāvāts pilnībā digitāls maiņstrāvas servo disks, pamatojoties uz DSP un IPM. Tas izmanto vektora vadības algoritmu, lai sasniegtu pilnīgu slēgtu - motora pozīcijas, ātruma un strāvas vadības kontroli. Mēs koncentrējamies uz servo vadības ierīces aparatūras un programmatūras dizainu un sniedzam motora darbības eksperimentālos rezultātus.

Servo piedziņas princips

AC servo piedziņa galvenokārt sastāv no diviem galvenajiem komponentiem: servo vadības bloku un strāvas piedziņas bloku.

Strāvas konvertēšanas shēma servo vadības blokā nodrošina +5 V un ± 15 V jaudu dažādiem piedziņas moduļiem. Servo vadības shēma saņem izšķirtspējas signālus un trīs - fāzes spriegumu un strāvas signālus no motora vadībai. Tas arī saņem kopnes pārspriegumu un nepietiekama sprieguma signālus, trīs - fāzes pārslodzes signālus un IPM kļūmes signālus kļūdu noteikšanai un aizsardzībai. Tas palaiž slēgtu - cilpas vadības algoritmu un izvada sešus PWM signālus.

Strāvas piedziņas bloks labo un filtrē ievadi trīs - fāzes maiņstrāvas jaudas, pārveidojot līdzstrāvas jaudu atbilstošās amplitūdas un frekvences maiņstrāvas jomā caur inteliģentu strāvas moduli, lai kontrolētu motoru. Tas nosaka kopnes spriegumu un trīs - fāzes sprieguma un strāvas signālus piedziņas vadībai un aizsardzībai.

Servo vadības shēmas aparatūras dizains

Servo vadības shēma ir maiņstrāvas servo piedziņas galvenā daļa, un tās galvenās funkcijas ir šādas:

Saņem komandu un atgriezeniskās saites signālus;
Palaist slēgtus - cilpas servo vadības algoritmus;
Ģenerē PWM izejas signālus;
Kontrolē motora darbību augstas veiktspējas darbībai;
Nodrošina aizsardzību pret pārspriegumu, nepietiekamu spriegumu, pārmērīgu strāvu un IPM kļūmēm, izmantojot reālu - dažādas informācijas noteikšanu un apstrādi.

Balstoties uz modulāro dizainu, servo vadības shēmā tiek izmantota DSP+FPGA aparatūras arhitektūra.

DSP mikroshēma galvenokārt realizē augsto motora veiktspējas vadību, ieskaitot šādas funkcijas

(1) Tam ir 32 - bits viens - Precīzi peldoši - Punktu aritmētiskā vienība, kas var apstrādāt motora vektora vadības algoritmus ar lielām skaitļošanas slodzēm un signāla filtrēšanas algoritmiem ar augstas reālas- laika prasībām utt., Lai sasniegtu augstas izšķirtspējas kontroli;

(2) Tam ir ECAN sakaru modulis, kas var realizēt saziņu ar resursdatora datoru, saņemt vadības instrukcijas un nosūtīt dažādus vadītāja darbības un kļūdas stāvokļus;

(3) Tam ir vairākas neatkarīgi programmējamas multipleksētas vispārīgas - mērķa ievades un izvades saskarnes (GPIO), kas var realizēt draivera kontroli;

4) tam ir 12 bitu A/D pārveidotājs, kas var realizēt analogo ieejas kontroli;

(5) Tam ir IC autobusu modulis, kas var realizēt saziņu ar E2Prom, saglabāt vadības parametrus un vadītāja vēsturiskās kļūdas;

(6) Tam ir augsts - izšķirtspējas impulsa platuma modulācijas (PWM) modulis, kas var viegli realizēt motora PWM vadību;

(7) Tam ir paralēla kopnes ārējā interfeiss (Xintf), kas var realizēt saziņu ar FPGA mikroshēmu, saņemt informāciju par statusu, piemēram, pozīciju, ātrumu un strāvu, kā arī kļūdu informāciju, piemēram, pārspriegumu, nepietiekamu spriegumu, pārslodzi un IPM kļūdu.

FPGA mikroshēma galvenokārt apstrādā pozīcijas, sprieguma, strāvas un kļūdas signālus, ieskaitot šādas funkcijas

1) saņemt un apstrādāt motora stāvokļa informāciju, izmantojot perifēro RDC moduli;
(2) saņemt un apstrādāt motora trīs - fāzes strāvas un trīs - fāzes sprieguma informāciju caur perifērisko A/D moduli;
(3) nosūtīt apstrādāto statusa informāciju un informāciju uz DSP mikroshēmu;
(4) saņemt PWM signālu, ko nosūta DSP mikroshēma, bloķējiet to un izvada;
(5) Saņemiet kopnes pārspriegumu, nepietiekamu spriegumu, trīs - fāzes pārslodzi un IPM kļūmes signālus un ievieš aizsardzību, bloķējot PWM izejas signālu kļūdas gadījumā.

Servo vadības programmatūras dizains

Servo vadības programmatūra darbojas ar DSP mikroshēmu, galvenokārt saņemot komandas un atgriezeniskās saites statusa informāciju. Pēc tam tas ievieš trīs aizvērtas - cilpas vadības cilpas motora pozīcijai, ātrumam un strāvai, izmantojot atbilstošos vadības algoritmus. Slēgtā - cilpas vadības principa bloka diagramma ir parādīta 3. attēlā. PI vadības algoritmi ir paredzēti visām trim slēgtajām - cilpām, pamatojoties uz kļūdu starp komandām un atgriezenisko saiti. Pašreizējais vadības algoritms izmanto lauku - orientēta motora pārvaldes vadība. Clark un parka transformācijas tiek izmantotas, lai pārveidotu trīs - fāzes strāvu stacionārajā ABC koordinātu sistēmā divās - fāzes strāvā rotējošā DQ koordinātu sistēmā. Motora DQ ass straumju regulēšanai tiek izmantots slēgts - cilpas algoritms, kuras pēc tam koriģē, izmantojot apgrieztā parka transformāciju, apgriezto Clark transformāciju un PWM. Statora trīs - fāzes spriegums tiek pielāgots, lai sasniegtu motora vadību.

Servo vadības programmatūra galvenokārt sastāv no galvenās programmas un pārtraukuma rutīnas. Galvenā programma vispirms inicializē sistēmu, konfigurējot reģistra parametrus katram vadības mikroshēmas modulim un sistēmas parametriem. Pēc tam tas veic vadītāja statusa pārbaudi -, lai noteiktu, vai visi komponenti darbojas pareizi. Ja pats - tests neizdodas, kļūdas indikators mirgo kā trauksme. Ja Self - testa pāriet, jauda ir savienota un ķēde nonāk cilpas stāvoklī. Kad vadības mikroshēma vispirms saņem kontroles komandas, kontroles mikroshēma vispirms saņem kontroles komandas. Saņemot komandu palaist, ir iespējots taimera pārtraukums. Taimeris pārtrauc apakšprogrammu izpilda motora vadības algoritmu, virzot motoru. Saņemot komandu Stop, taimera pārtraukums tiek atspējots, apturot motoru. Pēc katra taimera pārtraukuma apakšprogrammas pabeigšanas tas pārbauda, ​​vai nav kļūdu signālu, piemēram, pārsprieguma, nepietiekama sprieguma un pārslodzes. Ja tiek atklāta kļūme, PWM izejas signāls tiek nekavējoties atspējots un kļūdas indikators mirgo kā trauksme. Ja netiek atklāta vaina, ķēdes cilpas un gaida nākamo taimera pārtraukumu.

Taimera pārtraukuma apakšprogramma ir servo piedziņas vadības algoritma kodols, aizpildot motora stāvokli, ātrumu un strāvas vadības algoritmus. Taimera pārtraukuma periods ir 0,1 ms, kas nosaka PWM izvadi. Izejas signāla frekvence ir arī strāvas cilpas periods. Pēc taimera pārtraukšanas apakšprogrammas ievadīšanas motora pozīcija, ātrums un pašreizējā informācija vispirms tiek nolasīta. Pēc tam tiek nolasīts atkarībā no darbības režīma, tiek nolasīts pozīcija, ātrums vai pašreizējā komanda un tiek izpildīts atbilstošais vadības algoritms. Visbeidzot, PWM signāls, kas kontrolē motoru, tiek izvadīts.

Eksperimentālie rezultāti

Izstrādātā AC servo diskdziņa izejas jauda ir aptuveni 6 kW. Lai izpētītu tā vadības veiktspēju, tika izmantots Tonghang servo motors ar novērtējumu 5,5 kW un tika izmantots nominālais ātrums 3200 apgr./min.

1. eksperiments: soļa signāla izsekošana ar nominālo ātrumu. Eksperimentālie rezultāti ir parādīti attēlā.

Kā redzams no attēla, motora pieauguma laiks, izsekojot 3200 R/min soļu signālu, ir aptuveni 80 ms ar pārsniegumu 1,5%. Peak - līdz - maksimuma ātruma svārstības līdzsvara stāvoklī ir mazāka par 5 r/min. Tas parāda, ka projektētajam draiverim ir lieliska dinamiska veiktspēja un vienmērīga - stāvokļa precizitāte.

2. eksperiments: sinusoidāla signāla izsekošana nominālā ātrumā. Eksperimentālie rezultāti ir parādīti attēlā. Kā redzams no attēla, motors var labi izsekot sinusoidālam signālam ar amplitūdu 3200 r/min un 1S periodu ar maksimālo izsekošanas kļūdu, kas ir mazāka par 20 r/min. Tas parāda, ka projektētais vadītājs var vadīt motoru, lai izsekotu gan soli, gan sinusoidālos signālus, saglabājot nemainīgus vadības parametrus, demonstrējot izcilu adaptīvo veiktspēju.

Kopsavilkums

Lai izpildītu augstās - servo sistēmu veiktspējas kontroles prasības, Tonghang ir izstrādājis maiņstrāvas servo draiveri, kura pamatā ir modularitāte. Šis draiveris kā galveno komponentu izmanto digitālo signālu apstrādes mikroshēmu un inteliģentu jaudas moduli. Vadītājs var lepoties ar kompaktu struktūru, augstu aparatūras integrāciju un uzlabotiem programmatūras vadības algoritmiem. Eksperimentālie rezultāti parāda, ka projektētais maiņstrāvas servo draiveris var vadīt motoru, lai izsekotu gan soli, gan sinusoidālus signālus ar augstu veiktspēju, vienlaikus saglabājot nemainīgus vadības parametrus, un uzrāda lielisku adaptīvo veiktspēju.