Drive servo digital

Untuk mencapai kontrol kinerja - yang tinggi dari motor sinkron magnet permanen AC, Tonghang merancang drive servo AC sepenuhnya digital berdasarkan prosesor sinyal digital (DSP) dan modul daya cerdas (IPM). Desain ini terutama mencakup prinsip -prinsip dasar drive, desain perangkat keras unit kontrol servo, dan proses implementasi perangkat lunak. Hasil eksperimen tim R&D kami menunjukkan bahwa drive yang dirancang dapat secara stabil mendorong motor untuk melacak sinyal langkah dan sinusoidal sambil mempertahankan parameter kontrol konstan, sambil menunjukkan kinerja dinamis yang sangat baik dan akurasi keadaan stabil - stabil.

Perkembangan cepat teknologi radar Shipborne telah menempatkan tuntutan yang lebih tinggi pada sistem servo untuk akurasi pelacakan, stabilitas kecepatan, dan keandalan. Ini membutuhkan drive AC servo untuk menawarkan kinerja dinamis yang unggul, stabil - akurasi keadaan, keserbagunaan, dan kemudahan penggunaan. Drive AC Servo telah berevolusi melalui kontrol penguat magnetik, kontrol transistor, kontrol sirkuit terintegrasi, dan kontrol komputer, dan sekarang telah memasuki era baru, ditandai dengan munculnya prosesor sinyal digital (DSP) dan modul daya cerdas (IPM). Ini telah memungkinkan modularisasi dan digitalisasi penuh drive AC servo.

DSP untuk kontrol motor menawarkan kemampuan pemrosesan data yang luar biasa dan kecepatan tinggi, membuatnya cocok untuk menerapkan algoritma kontrol AC servo yang kompleks dan meningkatkan akurasi dan keandalan kontrol sistem. IPM (pengontrol fase menengah) (IPM) menggunakan teknologi pulsa - modulasi lebar (PWM) untuk mengubah daya DC menjadi daya AC dengan tegangan dan frekuensi yang dapat disesuaikan untuk kontrol motor. Ini mengintegrasikan IGBT dan sirkuit drive mereka, dan fitur perlindungan terhadap sirkuit pendek, arus berlebih, undervoltage, dan overheating. Ini menawarkan integrasi tinggi, fitur perlindungan komprehensif, dan keandalan yang sangat baik. Makalah ini mengusulkan drive servo AC digital sepenuhnya berdasarkan DSP dan IPM. Ini menggunakan algoritma kontrol vektor untuk mencapai kontrol loop tertutup penuh - dari posisi, kecepatan, dan arus motor. Kami fokus pada desain perangkat keras dan perangkat lunak dari unit kontrol servo dan menyajikan hasil eksperimen dari operasi motor.

Prinsip Servo Drive

Drive servo AC terutama terdiri dari dua komponen utama: unit kontrol servo dan unit drive daya.

Sirkuit konversi daya di unit kontrol servo menyediakan +5 V dan ± 15V daya ke berbagai modul dalam drive. Sirkuit kontrol servo menerima sinyal resolver dan tiga {- fase tegangan dan sinyal arus dari motor untuk kontrol motor. Ini juga menerima sinyal tegangan berlebih dan undervoltage, tiga sinyal overcurrent overcurrent -, dan sinyal kesalahan IPM untuk deteksi dan perlindungan kesalahan. Ini menjalankan algoritma kontrol loop- tertutup dan mengeluarkan enam sinyal PWM.

Unit drive daya memperbaiki dan menyaring input tiga - power AC fase, mengubah daya DC menjadi daya AC dari amplitudo dan frekuensi yang sesuai melalui modul daya cerdas untuk mengontrol motor. Ini mendeteksi tegangan bus dan tiga - fase tegangan dan sinyal arus untuk kontrol dan perlindungan drive.

Desain Perangkat Keras Sirkuit Kontrol Servo

Sirkuit Kontrol Servo adalah bagian inti dari drive servo AC, dan fungsi utamanya adalah sebagai berikut:

Menerima sinyal perintah dan umpan balik;
Menjalankan tertutup - algoritma kontrol servo loop;
Menghasilkan sinyal output PWM;
Mengontrol operasi motor untuk kinerja tinggi;
Memberikan perlindungan terhadap tegangan tegas, undervoltage, overcurrent, dan IPM melalui deteksi waktu nyata - dan pemrosesan berbagai informasi kesalahan.

Berdasarkan desain modular, sirkuit kontrol servo menggunakan arsitektur perangkat keras DSP+FPGA.

Chip DSP terutama mewujudkan kontrol kinerja motor - tinggi, termasuk fungsi berikut

;

(2) memiliki modul komunikasi ECAN, yang dapat mewujudkan komunikasi dengan komputer host, menerima instruksi kontrol dan mengirim berbagai kondisi operasi dan kesalahan pengemudi;

(3) ia memiliki beberapa yang dapat diprogram secara independen multiplexed umum - input dan antarmuka output (GPIO), yang dapat mewujudkan kontrol i0 driver;

4) ia memiliki konverter A/D 12-bit, yang dapat mewujudkan kontrol input analog;

(5) memiliki modul bus IC, yang dapat mewujudkan komunikasi dengan E2Prom, menyimpan parameter kontrol dan kesalahan historis pengemudi;

(6) ia memiliki modul modul Width Width (PWM)- tinggi, yang dapat dengan mudah mewujudkan kontrol PWM motor;

(7) Ini memiliki antarmuka eksternal bus paralel (XIntF), yang dapat mewujudkan komunikasi dengan chip FPGA, menerima informasi status seperti posisi, kecepatan dan saat ini, dan informasi kesalahan seperti tegangan berlebih, undervoltage, kelebihan arus berlebih dan kesalahan IPM.

Chip FPGA terutama memproses posisi posisi, tegangan, arus, dan kesalahan, termasuk fungsi berikut

(1) menerima dan memproses informasi posisi motor melalui modul RDC perifer;
(2) menerima dan memproses tiga motor - fase arus dan tiga - informasi tegangan fase melalui modul A/D perifer;
(3) Kirim informasi status yang diproses dan informasi kesalahan ke chip DSP;
(4) menerima sinyal PWM yang dikirim oleh chip DSP, saling mengunci, dan mengeluarkannya;
(5) Menerima tegangan berlebih bus, undervoltage, tiga {- fase overcurrent, dan sinyal kesalahan IPM, dan mengimplementasikan perlindungan dengan memblokir sinyal output PWM jika terjadi kesalahan.

Desain Perangkat Lunak Kontrol Servo

Perangkat lunak kontrol servo berjalan pada chip DSP, terutama menerima perintah dan informasi status umpan balik. Kemudian mengimplementasikan tiga loop kontrol loop tertutup - untuk posisi, kecepatan, dan arus motor menggunakan algoritma kontrol yang sesuai. Diagram prinsip loop control - tertutup ditunjukkan pada Gambar 3. Algoritma kontrol PI dirancang untuk ketiga loops tertutup - berdasarkan kesalahan antara perintah dan umpan balik. Algoritma kontrol saat ini menggunakan bidang - kontrol vektor berorientasi untuk motor. Transformasi Clark dan Park digunakan untuk mengubah tiga {- fase saat ini dalam sistem koordinat ABC stasioner menjadi dua - fase arus dalam sistem koordinat DQ yang berputar. Algoritma loop - tertutup digunakan untuk mengatur arus sumbu DQ motor, yang kemudian disesuaikan menggunakan transformasi taman terbalik, transformasi clark terbalik, dan pwm. Tiga stator - fase tegangan disesuaikan untuk mencapai kontrol motor.

Perangkat lunak kontrol servo terutama terdiri dari program utama dan rutinitas interupsi. Program utama pertama -tama menginisialisasi sistem, mengkonfigurasi parameter register untuk setiap modul chip kontrol dan parameter sistem. Ini kemudian melakukan - uji status driver untuk menentukan apakah semua komponen berfungsi dengan baik. Jika - uji gagal, indikator kesalahan berkedip sebagai alarm. Jika - tes lulus, daya terhubung dan sirkuit memasuki keadaan loop. Setelah dalam keadaan loop, chip kontrol pertama kali menerima perintah kontrol. Setelah menerima perintah run, interupsi timer diaktifkan. Subrutin interupsi timer menjalankan algoritma kontrol motor, menggerakkan motor. Setelah menerima perintah berhenti, interupsi timer dinonaktifkan, menghentikan motor. Setelah setiap timer interupsi subrutin selesai, ia memeriksa sinyal kesalahan seperti tegangan berlebih, undervoltage, dan arus berlebih. Jika kesalahan terdeteksi, sinyal output PWM segera dinonaktifkan dan indikator kesalahan berkedip sebagai alarm. Jika tidak ada kesalahan yang terdeteksi, sirkuit loop dan menunggu penghitung waktu berikutnya.

Subrutin interupsi timer adalah inti dari algoritma kontrol drive servo, menyelesaikan posisi motor, kecepatan, dan algoritma kontrol saat ini. Periode interupsi timer adalah 0,1ms, yang menentukan output PWM. Frekuensi sinyal output juga merupakan periode loop saat ini. Setelah memasuki subrutin interupsi timer, posisi motor, kecepatan, dan informasi saat ini pertama kali dibaca. Kemudian, tergantung pada mode operasi, posisi, kecepatan, atau perintah saat ini dibaca dan algoritma kontrol yang sesuai dijalankan. Akhirnya, sinyal PWM yang mengontrol motor adalah output.

Hasil eksperimen

Drive AC Servo yang dikembangkan memiliki daya output sekitar 6 kW. Untuk menyelidiki kinerja kontrolnya, motor tonghang servo dengan daya pengenal 5,5 kW dan kecepatan pengenal 3200 rpm digunakan.

Eksperimen 1: Melacak sinyal langkah dengan kecepatan pengenal. Hasil percobaan ditunjukkan pada gambar.

Seperti yang dapat dilihat dari gambar, waktu naik motor saat melacak sinyal langkah 3200 r/menit adalah sekitar 80 ms, dengan overshoot 1,5%. Puncak - ke - fluktuasi kecepatan puncak dalam kondisi tunak kurang dari 5 r/mnt. Ini menunjukkan bahwa driver yang dirancang memiliki kinerja dinamis yang sangat baik dan akurasi status - stabil.

Eksperimen 2: Melacak sinyal sinusoidal pada kecepatan pengenal. Hasil percobaan ditunjukkan pada gambar. Seperti dapat dilihat dari gambar, motor dapat melacak sinyal sinusoidal dengan amplitudo 3200 r/mnt dan periode 1s, dengan kesalahan pelacakan puncak kurang dari 20 r/menit. Ini menunjukkan bahwa pengemudi yang dirancang dapat menggerakkan motor untuk melacak sinyal langkah dan sinusoidal sambil mempertahankan parameter kontrol yang konstan, menunjukkan kinerja adaptif yang sangat baik.

Ringkasan

Untuk memenuhi persyaratan kontrol kinerja - yang tinggi dari sistem servo, Tonghang telah merancang driver servo AC berdasarkan modularitas. Driver ini menggunakan chip pemrosesan sinyal digital dan modul daya cerdas sebagai komponen intinya. Driver ini menawarkan struktur yang ringkas, integrasi perangkat keras yang tinggi, dan algoritma kontrol perangkat lunak canggih. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa driver AC Servo yang dirancang dapat menggerakkan motor untuk melacak sinyal langkah dan sinusoidal dengan kinerja tinggi sambil mempertahankan parameter kontrol konstan, dan menunjukkan kinerja adaptif yang sangat baik.