Digitalni servo pogon

Da bi postigao visoku - kontrolu performansi AC Trajnih magnetskih sinkronih motora, Tonghang je dizajnirao potpuno digitalni AC servo pogon na temelju digitalnog procesora signala (DSP) i inteligentnog modula napajanja (IPM). Ovaj dizajn prvenstveno obuhvaća osnovne principe pogona, hardverski dizajn servo upravljačke jedinice i postupak implementacije softvera. Eksperimentalni rezultati našeg istraživanja i razvoja pokazuju da dizajnirani pogon može stabilno voziti motor kako bi pratio korake i sinusoidne signale, istovremeno održavajući stalne kontrolne parametre, istovremeno pokazujući izvrsne dinamičke performanse i stalnu točnost stanja stanja.

Brzi razvoj radarske tehnologije brodskih radova stavljao je veće zahtjeve servo sustava za točnost praćenja, stabilnost brzine i pouzdanost. To zahtijeva da se AC servo pogoni nude vrhunske dinamičke performanse, stabilna - točnost stanja, svestranost i jednostavnost upotrebe. AC servo pogoni razvijali su se kroz kontrolu magnetskog pojačala, kontrolu tranzistora, kontrolu integriranog kruga i kontrolu računala, a sada su unijeli novu eru, obilježenu pojavom digitalnih procesora signala (DSPS) i inteligentnih modula napajanja (IPMS). To je omogućilo modularizaciju i potpunu digitalizaciju AC servo pogona.

DSP -ovi za kontrolu motora nude izvanredne mogućnosti obrade podataka i velike brzine, što ih čini prikladnim za implementaciju složenih algoritama kontrole AC servo i poboljšanje točnosti i pouzdanosti kontrole sustava. IPM (kontroler srednjeg faze) (IPM) koristi impuls - Modulaciju širine (PWM) za pretvaranje DC napajanja u izmjeničnu snagu s podesivim naponom i frekvencijom za upravljanje motorom. Integrira IGBT -ove i njihov pogonski krug, a sadrži zaštitu od kratkih spojeva, prekomjernog struja, podnaponske i pregrijavanja. Ima visoku integraciju, sveobuhvatne značajke zaštite i izvrsnu pouzdanost. Ovaj rad predlaže potpuno digitalni AC servo pogon na temelju DSP -a i IPM -a. Koristi algoritam vektorske kontrole za postizanje potpunog zatvorenog - kontrole petlje položaja, brzine i struje motora. Usredotočeni smo na hardver i softverski dizajn servo upravljačke jedinice i predstavljamo eksperimentalne rezultate iz rada motora.

Princip servo pogona

AC servo pogon sastoji se prvenstveno od dvije glavne komponente: servo upravljačka jedinica i pogonska jedinica.

Krug pretvorbe napajanja u servo upravljačkoj jedinici osigurava +5 v i ± 15V napajanje na različite module u pogonu. Servo upravljački krug prima signale razlučivača i tri - fazni napon i strujni signali iz motora za upravljanje motorom. Također prima prenaponciju sabirnice i potkopavanje signala, tri - faza prekomjerna signala i IPM signala grešaka za otkrivanje i zaštitu grešaka. Pokreće zatvoreni - algoritam kontrole petlje i izlazi šest PWM signala.

Jedinica pogona napajanja ispravlja i filtrira ulaz tri - fazne izmjenične snage, pretvarajući istosmjerni napajanje u izmjeničnu struju odgovarajuće amplitude i frekvencije putem inteligentnog modula napajanja za kontrolu motora. Otkriva napon sabirnice i tri - fazni napon i trenutne signale za upravljanje i zaštitu pogona.

Dizajn hardvera servo kontrolnog kruga

Servo upravljački krug je temeljni dio AC servo pogona, a njegove glavne funkcije su sljedeće:

Prima signale naredbe i povratnih informacija;
Pokreće zatvoreno - algoritmi upravljanja servo -servo;
Generira PWM izlazne signale;
Kontrolira rad motora za visoke performanse;
Pruža zaštitu od prenapona, podnaponskih, prevladavajućih i IPM kvarova kroz Real - otkrivanje vremena i obrade različitih podataka o greškama.

Na temelju modularnog dizajna, upravljački krug servo koristi hardversku arhitekturu DSP+FPGA.

DSP čip uglavnom ostvaruje visoku - kontrolu performansi motora, uključujući sljedeće funkcije

(1) Ima 32 - bit jednostruka - preciznost pluta - točke aritmetičke jedinice, koja može obraditi algoritme upravljanja motoričkim vektorom s velikim računalnim opterećenjem i algoritama filtriranja signala s visokim realnim motorom;

(2) ima ECAN komunikacijski modul, koji može realizirati komunikaciju s računalnim računalom, primiti upute za upravljanje i poslati različita stanja rada i grešaka vozača;

(3) ima višestruko neovisno programirajući multipleksirani opći - Ulazna i izlazna sučelja s namjenom (GPIO), koja mogu realizirati i0 kontrolu nad vozačem;

4) ima 12-bitni A/D pretvarač, koji može realizirati analognu kontrolu ulaza;

(5) ima IC modul sabirnice, koji može realizirati komunikaciju s E2PROM -om, pohraniti kontrolne parametre i povijesne greške vozača;

(6) ima modul visoke - modula širine rezolucije (PWM), koji lako može shvatiti PWM kontrolu nad motorom;

(7) Ima paralelno vanjsko sučelje sabirnice (XINTF), koje može realizirati komunikaciju s FPGA čipom, primanje podataka o statusu kao što su položaj, brzina i struja i informacije o greškama, kao što su prenapona, podnapoć, prekomjerni i IPM greška.

FPGA čip uglavnom obrađuje signale položaja, napona, struje i grešaka, uključujući sljedeće funkcije

(1) primiti i obraditi podatke o položaju motora putem perifernog RDC modula;
(2) Primiti i obraditi motornu tri - fazne struje i tri - informacije o faznom naponu kroz periferni A/D modul;
(3) pošaljite podatke o obrađenom statusu i podatke o greškama na DSP čip;
(4) primiti PWM signal koji je poslao DSP čip, blokirajte ga i izbacite ga;
(5) Primajte prenaponciju sabirnice, podnapoću, tri - prekomjerne struje faze i IPM signale grešaka i implementirajte zaštitu blokiranjem PWM izlaznog signala u slučaju greške.

Dizajn softvera za upravljanje servo

Softver za upravljanje servo radi na DSP čipu, prvenstveno prima naredbe i informacije o statusu povratnih informacija. Zatim implementira tri zatvorene - petlje za upravljanje petljima za položaj, brzinu i struju motora koristeći odgovarajuće kontrolne algoritme. Zatvoreni - Blok dijagram kontrole petlje prikazan je na slici 3. Pi kontrolni algoritmi dizajnirani su za sve tri zatvorene - petlje na temelju pogreške između naredbi i povratnih informacija. Trenutni algoritam upravljanja koristi polje - orijentirana vektorska kontrola za motor. Clark i Park transformacije koriste se za transformiranje tri {- fazne struje u stacionarnom ABC koordinatnom sustavu u dvije - faznu struju u rotirajućem DQ koordinatnom sustavu. Zatvoreni algoritam petlje - koristi se za regulaciju struje DQ osi motora, koje se zatim podešavaju pomoću obrnute transformacije parka, obrnute Clark transformacije i PWM. Tri fazni napon statora - podešena je kako bi se postigla kontrola motora.

Softver za upravljanje servo prvenstveno se sastoji od glavnog programa i rutine prekida. Glavni program prvo inicijalizira sustav, konfigurirajući parametre registra za svaki modul upravljačkog čipa i parametre sustava. Zatim provodi self - test statusa upravljačkog programa kako bi utvrdio da li sve komponente funkcioniraju ispravno. Ako self - test ne uspije, indikator grešaka treperi kao alarm. Ako prođe test self -, snaga je spojena i krug ulazi u stanje petlje. Jednom u stanju petlje, upravljački čip prvo prima naredbe za upravljanje. Nakon primanja naredbe za pokretanje omogućeno je prekid timera. Timer prekida podprogram izvršava algoritam upravljanja motorom, vozi motor. Nakon primanja naredbe za zaustavljanje, prekid timera je onemogućen, zaustavljajući motor. Nakon što se svaki vremenski prekid prekida podprogram, provjerava ima li signala grešaka kao što su prenapon, podnapoć i prevladavanje. Ako se otkrije greška, PWM izlazni signal je odmah onemogućen i indikator greške treperi kao alarm. Ako nije otkrivena greška, krug petlja i čeka da sljedeći vremenski prekid.

Podprogram prekidača timera jezgra je algoritma upravljanja servo pogonom, dovršavajući položaj motora, brzinu i algoritme za upravljanje strujom. Razdoblje prekida vremena je 0,1 ms, što određuje PWM izlaz. Učestalost izlaznog signala je također razdoblje trenutne petlje. Nakon unosa podprograma Timera prekida, prvo se čitaju položaj, brzina i trenutne informacije motora. Zatim se, ovisno o načinu rada, čita se naredba položaja, brzine ili trenutne trenutne i izvršava se odgovarajući algoritam upravljanja. Konačno, PWM signal koji kontrolira motor je izlaz.

Eksperimentalni rezultati

Razvijeni AC servo pogon ima izlaznu snagu od oko 6 kW. Za istraživanje njegovih kontrolnih performansi, korišten je tonghang servo motor s nazivnom snagom od 5,5 kW i označenom brzinom od 3200 o / min.

Eksperiment 1: Praćenje koračnog signala pri nazivnoj brzini. Rezultati eksperimenta prikazani su na slici.

Kao što se može vidjeti na slici, vrijeme porasta motora prilikom praćenja signala koraka od 3200 r/min je približno 80 ms, s prekomjernim brojem od 1,5%. Vrhunac - do - Fluktuacija vršne brzine u stabilnom stanju manja je od 5 r/min. To pokazuje da dizajnirani vozač ima izvrsne dinamičke performanse i stabilnu - točnost stanja.

Eksperiment 2: Praćenje sinusoidnog signala s nazivnom brzinom. Rezultati eksperimenta prikazani su na slici. Kao što se može vidjeti na slici, motor može dobro pratiti sinusoidni signal s amplitudom od 3200 r/min i razdobljem od 1, s vršnom pogreškom praćenja manjom od 20 r/min. To pokazuje da dizajnirani vozač može voziti motor kako bi pratio korake i sinusoidne signale, a istovremeno održavajući stalne kontrolne parametre, pokazujući izvrsne adaptivne performanse.

Sažetak

Kako bi zadovoljio visoke - zahtjeve za kontrolu performansi servo sustava, Tonghang je dizajnirao AC servo upravljački program na temelju modularnosti. Ovaj pokretač koristi digitalni čip za obradu signala i inteligentni modul napajanja kao svoje temeljne komponente. Vozač se može pohvaliti kompaktnom strukturom, visokom hardverskom integracijom i naprednim algoritmima za kontrolu softvera. Eksperimentalni rezultati pokazuju da dizajnirani AC servo vozač može voziti motor kako bi pratio i koračne i sinusoidne signale s visokim performansama uz održavanje stalnih kontrolnih parametara i pokazuje izvrsne adaptivne performanse.