伺服电机控制系统

1、伺服电机控制系统伺服电机控制系统对于数字化伺服电机控制系统，转矩环的性能直接影响着系统的 控制效果，电流采样的精度和实时性很大程度上决定了系统的 动、静态性能，精确的电流检测是提高系统控制精度、稳定性和 快速性的重要环节，也是实现高性能闭环控制系统的关键。在伺 服电机控制系统中，电流检测的方案有多种，常见的一种方案是 使用霍耳传感器1,将电流信号经过电磁转换，变换为直流电压 信号输出，然后，经过运放和比较器构成的处理电路处理后，输 入到处理器；另一种方案是，取采样电阻两端的电压，经线性光 藕或者隔离放大器进行信号隔离，调理后接A/D转换器输入进行数字化，获取电流的采样值，而数字化的过程即能够利

2、用处理器 中的A/D转换通道实现网4,也能够利用根据 原理实现的模拟量 直接转换为数字量的隔离调制芯片来实现2。本文经过对这三种方案分别进行电路设计和具体实验后所得结果的比较分析，对三 种方案各自的特点有了清晰的认识，这有利于基于不同的条件选 择合适的方案来提高伺服控制系统的整体性能。2伺服电机控制系统简介本系统采用交直交电压型变频电路，主电路由整流电路、滤 波电路及智能功率模块IPM逆变电路构成，控制部分以 DSBK片TMS320LF281妫核心，CPLD乍为辅助处理模块，构成功能齐全的全数字矢量控制系统，系统结构如图1所示，从图1能够看出，本系统是一个有电流、转速和位置负反馈的三闭环系统，

3、DSP负责采样各相电流，计算电机的转速和位置，最后运用矢量控制算法，得到电压矢量 PWMB制信号，经过光藕隔离电路后，驱动逆变器功率开关器件；同时 DSP还监控变频调速系统的运行状态，当系统出现短路、过流、过压、过热等故障时，DSPW封锁SVPWM信号，使电机停机，并经过 LED显示。CPL醵块负责对光栅尺反馈的位置信息和上位机发送脉冲形式指令信息进行滤波和计数，并将数据以总线方式传送给 DSP同时处理键盘输入和显示输 出，以及开关量的输入输出。伺服电机控制系统中电流采样的作用就是检测交流同步电动机的三相定子电流并转换成相应的信号输入到DSP中，再由DSP的AD模块转化成数字量进行处理。因为本

4、文研究的是三相平衡系统Ia+Ib+Ic=0 ,因此只要检测其中的两路电流，就能够得到三 相电流。-* 凡 w r it. A IN d «? I IL l，l_» +e：剂出力Ur M： L上永城交 fm Hbt 同At4晶JHJI ：X. h蝴人临工 n.dL 卜曲t iT13THi 她 横J丸斗：忡J J之豺t支林上列；咱唇Y棺 一送沾L /¥ ypft H打阡乜河OSP ZK12 LJ ；爬 Uii¥, 训I图1全闭环立式加工中心的控制框图3 三种电流采样方案的分析与比较3.1 利用霍耳传感器采样电流3.3.1LEM霍耳传感器介绍采用霍尔电流传感器

5、（LEM模块）LA25-NP对电流进行 检测。霍尔器件根据磁补偿原理制作而成，它可传感从直流到数 百千赫兹的信号。它突出的特点是在整个工作区域内输出特性是 线性的，功耗小，重量轻，温度稳定性好，测量频带宽，能测量各种波形的电流，而且电隔离，输出为电压信号或电流信号，精 度普遍较高，因而使用极为方便可靠，是理想的电流传感器；可 是成本较局。3.2.1电流采样电路设计电流采样电路如图2所示，由于TMS320F281叫内的ADCa块要求输入03V的单极信号，必须将 LEM输出的小电流信号转换为电压信号，再经过放大滤波后输入DSP因此，设计了如图2所示的电路来进行信号的转换，图2中R1为霍尔传感器件所允许的负载电阻，考虑到霍尔器件的输出电流信号较弱，选用运放构成反相放大器，反相放大器的输入阻抗很高，R2的影响能够忽略，反相端经过可调电阻输入的参考电压为2V,设定电机的最大启动电流为20A,当I = 20A 时，对应的ADC输入为3V;当I =20A时，对应的 ADC输入为0V; I = 0 时，ADC的输入为1.5V ,将具有正负极性的电流反馈信号转换为单极信号送入DSP图23.3.2电流采样实验数据表1中的数据为电流检测电路的实验数据，从表中数据可知相对误差均小于1 %,