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当单轴稳定平台的伺服控制系统硬件设计

发布时间:2021-09-09 14:01:00 阅读: 来源:蝶阀厂家

单轴稳定平台的伺服控制系统硬件设计

单轴稳定平台的伺服控制系统由永磁同步电动机、编码器、伺服控制器(伺服控制电路和伺服控制软件)以及惯性测量单元(IMu)组成。伺服控制系统的主要任务是控制电机按要求快速、精确的运动,满足系统各项指标要求。

伺服控制系统硬件电路包括DSP系统电路、位置检测电路、通讯电路、隔离电路、功率驱动电路以及相电流采样电路等。其中DSP系统电路实现位置、速度、电流、给定信号等信息的采集及SVPWM控制策略的实现。驱动信号经隔离和功率放大后,对电机进行控制。系统的硬件结构框图如图1

1 DSP系统电路

为使控制回路正常工作,我们需要构成一个DSP最小系统。本文采用工工公司提供的DSP芯片TMS320F2812,该芯片采用高性能的静态CMOS技术,采用低电压供电,主频为1 35 MHz时内核电压1.8 V,主频为l 50 MHz时内核电压1.9 V,I/O引脚电压3.3 V,32位的高性能处理器,较大的存储空间(18k RAM、128k FLASH),支持仿真、时钟和系统控制以及1 28位安全密钥,包含串行通信接口、1 2位ADC转换模块以及56个通用GPl0口。

另外,该芯片提供多功能的片内外设以及相应的接可满足控制系统要求的DSP最小系统并不复杂。DSP最小系统所需要的外围电路由电源接口、电源电压转换芯片、时钟电路、J工AG接口电路、SCI接口电路、AD接口电路、CAP接口电路、E V接口电路及隔离保护电路构成。

2功率驱动电路

本文的功率驱动电路采用分立元件搭建。DSP的事件管理器产生六路SVPWM波,必须经过功率驱动电路,产生相应的电压控制矢量对电机进行控制。电路包括驱动芯片的选择和功率管的选择。本文采用专门的驱动芯片IR2103,该芯片采用专门的HVl和无影响锁存CMOS 工艺制作,独立的高、低端输出通道,浮置电源采用自举电路,逻辑输入兼容了标准CMOS或LSTTL输出,驱动电路非常简单,只用一路电源就可以同时驱动上、下桥臂;功率管采用MOSFE工 IRFR3412,该根本起不了多少改性作用器件体积小,导通阻值低,发热最小,便于紧凑化设计。

为保证系统运行即DSP工作的的可靠性,需要弱电的隔离,即DSP控制电路部分和电机电路部分的电气隔离,可采用光隔离或电磁隔离的方式。考虑系统的体积和可靠性,本文选用ADUMl401芯片,该芯片采用磁耦隔离技术,在性能、体积、功耗明显优于光耦隔离器件,传废旧泡沫造粒机的性能进行更高的研发跟技能投资输速率高达90 Mb/s,可工作在2.7~5.5 V,支持低电压工作并实现电平转换。

3相电流采样电路

矢量控制包含电流环,因此必须检测电机的相电流钢筋混凝土用热轧光圆钢筋 GB/T13013⑼1。相电流检测有多种方法,可在绕组中串精密电阻,采样电阻电压换算电流;也可用带霍尔隔离的电流传感器进行相应的测量。为保证系统不同电源电气的相互隔离,本文采用霍尔隔离的线性电流传感器ACS712对绕组电流进行采样。

或1.20MPa;

DSP提供的AD采样模块输入信号为0~3 V,而ACS7 1 2的输出信号0~5 V,因此必须对ACS71 2的输出信号进行调理。为了不改变ACS712采样电流的分辨率,采用双通道放大器LM2904设计了减法器;同时,为了滤除开火器件引进的高频谐波,设计了巴特沃斯二阶滤波器进行滤波。在电路设计时,必须选择合适的时间常数,避免因延迟影响系统精度。滤波后的信号送入AD采样通道之前设置了保护电路,避免过电流破坏DSP的AD采样通道。由于永磁同步电动机星形连接三相绕组电流之和为零,故只需采集两相电流即可。

4通讯接口电路

为实现平台的伺服控制,必须给伺服控制系统提供一个基准信号,本文采用惯性测量单元(TMu)提供该信号。TMu可以直接测量平台的角加速度,一次积分获得平台的角速度,二次积分获得平台的角位置,通过串口RSA-22为伺服控制系统提供基准信号。通讯接口电路包含电平转换电路和专用通讯电路两部分。电平转换电路在本文中采用芯片SN74CB工D3305 C,将DSP输出3.3 V转换为5 V供给专用通讯电路;专用通讯电路采用通讯芯片MAX488EESA进行设计。

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