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1、基于DSP的交流同步电机伺服控制系统DesignofServoSystemofACSynchronousMotorbasedontheDSP周川ZhouChuan(中国地质大学机械电子工程学院湖北武汉430074)(SchoolofMechanicalandElectronicEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,HubeiWuhan430074)摘要:总线化是工业控制系统的一个发展方向,基于CAN(ControllerAreaNetwork)总线的伺服系统在适用范围、可扩展
2、性、可维护性以及抗故障能力等方面有明显的优越性。本文给出了伺服控制器的硬件设计,选用美国TI公司专门为数字运动和电机控制推出的DSP控制器TMS320LF2407来实现交流伺服系统。并给出了交流伺服系统的全闭环软件实现方案。关键字:伺服控制,DSP,电机,CAN中图分类号:TN492文献标识码:AAbstract:ServoSystembasedonCAN(ControllerAreaNetwork)hasobvioussuperioritiesinapplicabilityscope,inexpansibility,
3、inmaintainabilityandinanti-malfunctionability.Wepresentthehardwaredesignoftheservocontroller.WechoosetheTMS320LF2407DSPmadebyTItoimplementtheACServoSystem,andthedesignofclosed-loopsoftwareimplementationofACServoSystemwasproposedaswell.Keywords:ServoController,DS
4、P,Motor,CAN1引言伺服系统向着全数字化的方向发展,而高性能DSP器件的出现为其奠定了坚实的基础。从国内外最新的发展情况来看,国外很多公司都已推出了基于DSP的成型的全数字交流伺服产品,象国内引进较多的日本松下、安川等交流伺服系统。目前,国内的控制界也己掀起了利用DSP来实现交流伺服系统的热潮。另外,采用高性能控制策略的控制系统具有很好自适应能力和抗干扰能力,能够在参数时变及干扰等恶劣的工况下保证系统良好的动态和稳态性能。克服了基于常规控制理论设计的电机控制系统存在的缺陷和不足。本文的主要任务是设计一种基于DS
5、P和CAN总线技术的高性能全数字化伺服系统。采用电流、转速双闭环控制方式对永磁同步电动机进行速度和位置控制。2控制系统总体硬件结构本系统提供的硬件设计能够满足多种控制算法,能够满足本系统的控制要求。它是以TI公司的TMS320LF2407为控制核心设计的。TMS320LF2407芯片是TMS320C2000TM平台下有较高性能价格比的一种定点DSP芯片。该芯片的低成本、低功耗、高性能的处理能力对电机的数字化控制非常有效。可以适用于多种控制策略。我们采用了IGBTCPV363M4K模块组成逆变桥来实现功率主回路直流到交流
6、的逆变。控制系统的硬件构成见图1。主要包括:TMS320LF2407微处理器及其外围电路,主要负责控制策略和算法的实现,产生PWM信号、响应速度反馈等工作;CAN模块负责与上位机进行通讯,通过总线接收对电机的控制信息;JTAG接口电路为仿真器与微机的接口电路,便于系统进行在线调试。此端口由仿真器直接访问并提供仿真功能;检测电路采用了价格较低的电阻器和价格较高但性能好的电磁隔离式霍尔传感器两套电路来检测永磁同步电机的相电流i,i,送入进行A/D转换并作ab相应处理,实现控制算法;PWM输出通过光耦传输,使得传递PWM控制
7、信号时控制电路与功率电路隔离;电源模块将开关电源提供的+5V电压变换为+3.3V,为系统供电。220V单相整流滤波功率驱动电器PMSM交流电+5V开关电电压转换电流检测电路源输出光藕隔离电路3.3V系统ioip电压JTAGTMS320LF2407DSPQEPCAN接口存储器扩展图1系统硬件结构图3控制系统硬件设计3.1电流检测在永磁同步电机交流控制系统中,控制器需要及时准确的知道绕组中实际电流的大小,以实现电流控制和电流保护电路的设计。电流采样必须实时,准确可靠,这对实现控制性能是必须的。电流测量的方法有很多种,一种测
8、量电流的方法是使用简单的、便宜的电阻器来进行测量,当然,这种测量方法比较复杂。然而,在一定的条件下,这种测量方法变得很困难,甚至由于硬件的限制是不可能进行测量的,如当采用智能功率模块(IPM)组成逆变桥时,就没法使用电阻器进行相电流的测量。在本系统中采用电磁隔离霍尔元件进行电流检测。检测电路如下图2:10VR6+12VLEMR9R
