DSP控制电机驱动

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1、1、请问大家，交流伺服电机和直流伺服电机在控制上有什么区别呢？看你针对什么说的，市面上买卖和应用的一般是交流伺服系统和直流伺服系统，它包含了电机驱动器，我们一般做自动化设计中所谓的伺服控制就是针对伺服系统而言如果是这个层面，二者控制并无区别，二者的区别在于价格和性能上。直流伺服价格便宜，但是直流伺服电机有个比较麻烦的东西，就是碳刷，这个东西是易损件，需要经常更换。直流伺服要做到大功率也比较困难。 若是针对交流伺服电机和直流伺服电机的层面来说，交流伺服电机的驱动设计比直流伺服要复杂和困难，如果是自己设计驱动器，选择直流伺服电机会降低设计难度。当然，做到这个层次，已经不单纯是工业自动化的范畴了，涉

2、及到光学、数模电，单片机软硬件设计等等全面的知识。其他回答 共1条 2013-01-03 19:37ctx174| 六级 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在控制上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波，但直流伺服比较简单，便宜。2、单相异步电机与交流伺服电机的原理区别和联系单向异步电机是将单项交流电通过电容移相,将原来相位的交流电通给电机的主绕组,电容移相后交流电供给启动绕组,从而虚拟出一个有两对磁极组成的旋转磁场,转子以少低于这个同步磁场的速度进行旋转.伺服电机分为交流异步伺服和同步伺服,他们的共同点就是大多带有反馈装置,比如光电编码器等,且伺服电机设计用来快

3、速的进行响应指令动作,异步伺服的原理也是通过旋转磁场让转子进行转动,但是通过反馈装置和控制器进行半闭环的控制可以通过改变给定的电源频率和电压来改变转速和扭矩,交流伺服电机大多是三相供电,这样可以方便的通过变频控制器进行控制.同步伺服的转子是一个磁体,转子只能跟随给定的旋转磁场进行同步旋转,在控制和性能上完全可以和直流伺服电机媲美步进电机是伺服电机的一种，伺服电机的范围比较广；同步异步都是指交流机，实际转速与电磁转速相同，相位角相同是同步机，否则是异步机；有刷无刷，在直流3、urlhttp:/ 伺服与变频的一个重要区别是: 变频可以无编码器,伺服则必须有编码器,作电子换向用，交流伺服的技术本身就

4、是借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的关键词：伺服控制变频器一、两者的共同点：伺服与变频的一个重要区别是: 变频可以无编码器,伺服则必须有编码器,作电子换向用，交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节：变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管(IGBT，IGCT等)通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电，由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了(n=60f/2p ，n转速，f

5、频率， p极对数)二、谈谈变频器：简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的V/F控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立，将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量，现在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩，UVW每相的输出要加摩尔效应的电流检测装置，采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节;ABB的变频又提出和这样方式不同的直接转矩控制技术，具体请查阅有关资料。这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加，加

6、的时候控制精度和响应特性要好很多。三、谈谈伺服：驱动器方面：伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环(变频器没有该环)都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的伺服强大很多，主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置(当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里)，驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。电机方面：伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机(一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机)，也就

7、是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变频输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在变频的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。当然即使不设定变频器的输出能力还是有限的，有些性能优良的变频器就可以直接驱动1伺服电机!四、谈谈交流电机：交流电机一般分为同步和异步电机1、交流同步电机：就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称同步。2

8、、交流异步电机：转子由感应线圈和材料构成。转动后，定子产生旋转磁场，磁场切割定子的感应线圈，转子线圈产生感应电流，进而转子产生感应磁场，感应磁场追随定子旋转磁场的变化，但转子的磁场变化永远小于定子的变化，一旦等于就没有变化的磁场切割转子的感应线圈，转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转子失速又与定子产生速度差又重新获得感应电流。所以在交流异步电机里有个关键的参数是转差率就是转子与定子的速度差的比率。3、对应交流同步和异步电机变频器就有相映的同步变频器和异步变频器，伺服电机也有交流同步伺服和交流异步伺服，当然变频器里交流异步变频常见，伺服则交流同步伺服常见。5、基于DSP对永磁正弦波交流

9、伺服电动机控制系统设计时间:2008-11-6 3:40:00 点击: 43 来源：微计算机信息Design of PMSM Speed Control System based on DSP 摘要：本文通过对永磁同步电动机调速的理论分析，以及磁场定向控制的研究，从理论上证明了磁场定向控制在交流电机调速领域上的又一次重大发展。并用DSP对一台1.05千瓦的永磁正弦波交流伺服电动机实际控制，充分验证了理论设计的可靠性和实用性。最后得出了一些重要的实验结果。关键词：永磁同步电动机，矢量控制，磁场定向控制，逆变器Abstract: Through the theory analyses of PMS

10、M timing and the research of field orientable control, this paper theoretically prove another great achievement of field orientable control in the fields of AC motor timing. The reliability and practicality of this theory design are testified by experimental operation of a 1.05kW PMSM, and finally o

11、btain some crucial experimental parameters and outcomes. Key words: PMSM，Vector control, Field orientable control, Inverter1 引言永磁同步电动机主要用于千瓦级的伺服传动系统中，伺服系统常用于快速、正确、精密的位置控制场合，因此要求电动机有大的过载能力，小的转动惯量，小的转矩脉动等特性；控制系统有尽可能高的通频带和放大系数，以使整个伺服系统具有良好的动、静态性能。永磁同步电动机体积小，重量轻，效率高，转子无发热问题，控制系统较异步电动机简单。因此由永磁同步电动机组成的伺服系

12、统已受到国内外的普遍重视，广泛用于柔性制造系统、机器人、办公室自动化、数控机床等领域。本文将对永磁同步电动机的调速系统进行设计研究。2 系统硬件设计 永磁同步电动机调速控制系统硬件总体设计原理框图如图1。整个系统由主回路和控制回路两个部分组成。主回路包括：智能功率模块（IPM）、永磁同步电动机（PMSM）、转子位置和速度检测器、电流传感器、不可控三相整流电路。控制回路包括：TMS320LF2407评估板（EVM）该评估板内含电流调节器、速度调节器、矢量变换器、PWM生成器以及转速变换器的功能和三相门极驱动电路以及作为操作与显示单元的上位计算机。 图 1 系统硬件总体设计原理框图(1) 控制单元

13、采用TMS320LF2407 EVM板，所有控制算法都由DSP控制器来完成。DSP控制器的比较单元和PWM电路生成的SVPWM信号，送入智能功率模块（IPM）后，控制IPM中的六只绝缘栅双极晶体管（IGBT）；接收电流传感器信号，位置、速度传感器信号；通过RS232接口与上位计算机进行通讯；通过JTAG口与仿真器相连。(2) 本设计使用三菱公司推出的PS21867模块。该智能功率模块（IPM）采用第5代IGBT工艺，内置优化后的栅级驱动和保护电路，输出功率强劲的三相波形。具有低成本、小型化、高可靠性、易使用等特点。1/4开关频率可达15KHz。(3) 检测电路：a. 两相电流由霍尔传感器检测，

14、经电流检测电路变换为EVM A/D转换器能够接收的信号，两相电流同时转换，每次转换时间大约6.6us。b. PMSM编码器的输出直接接至DSP控制器QEP单元来获取电机转子位置和速度的信息。3 系统软件设计整个程序主要由系统主程序、PWM程序、定时中断程序等组成。系统主程序的流程图如图2。首先系统对DSP及其他外围器件进行初始化；然后设置允许中断INT1、INT2和INT4，其中INT1只在PDPINT有效时被激活，INT4响应位置传感器的零标记脉冲，INT2在定时器1计数溢出时响应，执行系统的算法控制模块；此外还要进行一些运行参数和控制循环的标记的设置；最后就进入后台等待状态，随时响应各中断

15、，运行中断服务程序。中断服务程序的简单设计框图如图2。它们在结构上比较类似，都遵循响应中断系统状态保存清中断标记执行中断服务恢复系统状态结束这样的基本顺序。6、全数字交流永磁同步电机伺服系统设计摘要:采用数字信号处理器（DSP）、大规模可编程门阵列（CPLD）、智能化功率模块（IPM）器件，以转子磁场定向矢量控制及电压空间矢量（SVPWM）技术为核心控制算法，开发了一款高性能、功能完善的、全数字的永磁同步电机（PMSM）交流伺服系统。实验结果表明，该交流伺服系统.摘要:采用数字信号处理器（DSP）、大规模可编程门阵列（CPLD）、智能化功率模块（IPM）器件，以转子磁场定向矢量控制及电压空间矢

16、量（SVPWM）技术为核心控制算法，开发了一款高性能、功能完善的、全数字的永磁同步电机（PMSM）交流伺服系统。实验结果表明，该交流伺服系统响应速度快，刚度高，达到了工业要求。 0前言随着计算机技术、电子技术、通讯技术、控制技术的快速提高，采用全数字控制的永磁同步电机伺服系统已逐步取代传统的步进伺服、直流伺服及采用模拟控制的交流伺服系统，成为当代伺服控制的主流，被广泛应用于高精度数控机床、机器、特种加工装备和精细进给系统中1。本文作者采用TI公司专用于电机控制的DSP芯片TMS320LF2407，以软件方式实现矢量变换控制电流环、速度环及位置环的PID实时跟踪技术;采用三菱公司的智能功率模块I

17、PM作为功率变换装置;加上简便的操作面板及其它必要的外围电路构成了一套完整的永磁同步电机全数字交流伺服系统。1系统设计指标以DSP为核心的全数字交流伺服系统主要技术指标如下:（1）指令输入模式:脉冲列输入方式、数字输入方式、模拟输入方式;（2）工作模式:位置、速度、转矩控制方式;（3）调速比:15000;（4）响应时间20ms;（5）最高转速:3000r/min，回转定位精度1/10000r;（6）保护:过电流、过电压、欠电压、电机失速、堵转、过载、位置超差等自动保护。2调节器设计交流伺服系统采用位置环、速度环、电流环控制2来保证伺服系统的高性能和高可靠性。伺服系统中所有的控制运算都由DSP完

18、成的。电流调节是通过调整电枢电流，即调整IGBT占空比来实现的。电枢电流与IGBT占空比的关系为3其中:I0为平均负载输出电流;D为斩波器占空比;R为电枢电阻;E为电机反电势;Ud为直流电压。DSP片内的三相PWM电路能够很方便地产生所需的IGBT占空比调制信号4，它可以通过软件设置PWM的开关频率、死区时间、最小脉冲宽度和补偿时间等来实现。IGBT占空比调节流程图如图1所示。 图1IGBT占空比调节流程图3系统硬件设计方案系统设计基于TI公司的TMS320LF2407（DSP），是专为电机控制而推出的一代微控制器，它具有高性能的C2XLP内核，采用改进的哈佛结构，四级流水线操作，片内集成的事

19、件管理器EVA、EVB各包括3个独立的双向定时器，支持产生可编程死区的PWM输出;4个捕获口中的两个可以直接连接来自光电编码器的正交编码脉冲;两个独立的10位八路A/D转换器可同时并行完成两个模拟输入的转换，片内集成的串行通讯接口（SCI）及串行外设接口（SPI）可用于与上位机、外设和多处理器之间的通讯。40个可独立编程的复用I/O口可以选配成键盘输入和示波器显示的输入输出口。TMS320LF2407的些性能为电机控制提供了可行的解决方案。3.1系统板设计伺服驱动器系统板主要由DSP最小系统、位置、速度检测环节、电流检测环节、通讯模块等组成。TMS320LF2407最小系统由DSP芯片、313

20、V电源、20MHZ晶振、外扩64K静态RAM和外扩接线引脚组成。系统通过JTAG接口可以和仿真器连接，进行在线调试。采用复合式增量光电编码器作为位置检测装置，其输出为6路信号，其中两路为正交的A、B脉冲信号，一路为零位检测脉冲信号Z，另三路为相差120的霍尔位置信号U、V、W，从而很好地解决了增量式光电编码器不能提供初始绝对位置这一问题。三路霍尔可以有6个状态，每个状态表示60电角度，则当系统上电时，三路霍尔信号可以提供转子所在60的位置区间。为了减小误差，取每个位置中间值作为转子的初始位置，这样，在电机起动时，导通角与实际转子位置最多有30电角度的误差。经过理论分析和实验证明，在最坏的情况下

21、，电机能够产生足够的转矩起动。正常工作时，对正交的A、B脉冲信号进行累积计算，可以得到转子的相对角位移。电机速度的计算通过求单位时间位置变化量而求得。采用4倍频的方法以提高光电码盘的定位精度。TMS320F2407的事件管理模块中的正交脉冲编码（QEP）电路可以对增量式光电码盘产生的两路脉冲信号进行4倍频译码和计算4，从而实现读取处于转动工作状态下的电机转子位置和转速信息。编码器信号A、B经由CPLD进行去噪处理后直接接到DSP的QEP1、QEP2引脚。采用变比11000的霍尔元件检测主回路电流信号。TMS320LF2407内部有两个10位的A/D转换器，每一个可以接8路模拟信号。TMS320

22、LF2407的A/D输入信号范围为05V，先将霍尔输出的小电流信号变换为电压信号，再经放大滤波后进入DSP内部的A/D通道进行反馈控制。只需检测两路电流信号即可对电机电流进行控制4。伺服驱动传统的模拟量控制接口，容易受到外部信号干扰，传输距离短。我目前伺服驱动装置上大量采用的脉冲式控制接口，也不是真正意义上的数字接口。这种接口受脉冲频率的限制，不能满足高速、高精控制的要求。TMS320F2407A包含了高速C2XXDSPCPU内核及SCI通信模块，为实时通信提供了方便。本系统采用SCI进行控制接口的设计4。图2通讯硬件接口图 如图2所示，利用MAX3223进行电平转换，TMS320LF2407

23、与PC的通讯采用三线制，通讯中，双方都被看作终端设备，采用全双工模式。 3.2主回路设计图3主回路主回路主要由整流、滤波电路及三菱公司的智能功率模块IPM（PS212552E）、开关电源、保护电路等组成。IPM模块将6只IGBT封装在一起，组成三相全桥逆变电路，体积小，重量轻，内部有驱动电路，并设计过压、过流、过热及欠电流保护电路。DSP输出PWM信号经光电隔离输入到IPM的输入端;过流、过压、过热、过载、编码器反馈断线、通讯失败等故障信号也经隔离送到DSP。当出现故障信号，DSP立刻封锁PWM输出，从而保证安全运行。主回路设计如图3所示。4系统软件设计TMS320LF2407型DSP支持C语

24、言编程及混合编程，具有JTAG接口。利用仿真器和TI公司CC2000仿真软件就能方便地对所编写的程序进行调试。为提高控制的实时性，软件采用中断服务来实现AD转换、QEP捕捉和PI调节。图4图5系统软件按下述方式工作:DSP初始化，包括GPIO、ADC、EV，然后开核中断;利用U、V、W信号确定转子磁极初始位置，然后触发PWM信号，使电机旋转;得到Z信号后，系统进入主循环。DSP每个PWM周期采样相电流，进行电流调整;电流环循环计数值与给定值相等时，进行速度调整，系统主程序如图4所示。主循环中进行上位机与DSP的通讯，如图5所示。5实物实验实验用电机数如表1所列，图6给出了空载情况下目标速度为2

25、00r/min时的速度阶跃响应特性，由图6可以看出其响应时间为10ms，稳态误差小于1%最大超调量小于5%，因此该系统具有良好的动态性能;图7记录了系统稳定性试验的过程，在115s时刻系统突加50%负载，可以看到该系统很快恢复到稳定状态;图8显示的是系统跟随性能试验的结果，在系统零速状态下，输入对应于额定转速的阶跃指令，可以看出系统响应速度快，跟随性能优越;在位置跟试验中，通过输入不同频率（0F500kHz）的脉冲指令，通过观察该系统面板操作器上的位置偏移脉冲监视，可以看到该系统的定位精度为1个脉冲。图6速度响应曲线6结论 以永磁同步电机、DSP、CPLD、IPM和光电编码器构成的交流伺服系统

26、具有硬件结构简单、可靠性高、控制精度高、动态响应快等优点。电流环采样频率可以达到10kHz以上，可以提供足够的频带宽，从而实现高精度、快速响应的伺服系统。实验证明，该矢量控制系统各项指标均满足工程设计要求，具有良好的动态性能。参考文献【1】王健.现代交流伺服系统技术和市场发展综述J.伺服控制，2007（1）.【2】郭庆鼎，王成元.交流伺服系统M.北京:机械工业出版社，1994.【3】刘念洲，刘晓林，王坚强.基于DSP的永磁同步电机控制系统设计J.船电技术，2004（2）.【4】刘和平，严利平，张学锋，卓清锋.TMS320LF240XDSP结构、原理、应用M.北京:北京航空航天出版社，20021

27、3.6基于SERCOS总线的永磁同步电机伺服驱动器研究2013-06-18 22:19:16作者：来源：网络 本文基于SERCOS总线通信协议，采用TMSF2812型DSP和FPGA，设计了全数字交流伺服驱动装置。该驱动适合于多轴伺服系统，各轴具有更好的同步性能。论文详细介绍了系统方案、硬件设计、主要功能和性能指标。在数控铣床上加工测试表明，该伺服驱动器可以达到1m加工精度，同时系统的静动态特性和加工后工件的光洁度均达到要求，满足了数控机床进给伺服的实际生产需求。 0 引言近年来，交流伺服驱动系统已在数控机床、机器人、火炮等领域得到十分广泛的应用。在传统的机床数控系统中，CNC与各伺服驱动之间

28、采用点对点连接，CNC向驱动器的设定和驱动器向CNC的反馈多采用脉冲方式，脉冲的数量代表位置，脉冲的频率代表速度。由于CNC对各伺服驱动的分时控制和反馈，各进给轴伺服驱动接收到设定信号后自行处理而没有同步约束，难以满足高性能系统的同步加工要求。SERCOS(Serial Realtime Communication System)是由德国主要系统制造商CNC、伺服系统制造商和研究技工共同发起并建立的一套CNC与数字伺服系统的总线接口标准，这种总线具有完全开放的通讯结构、严格的同步机制和极佳的抗干扰能力，在恶劣的环境下能够可靠的实现对多轴运动的实时同步控制。1995年，SERCOS接口协议被批准

29、为IECl491 SYST.EM.Interface国际标准，也是迄今为止用于数字伺服和传动系统数据通讯的唯一国际标准。根据SERCOS的定义，其实施涉及伺服驱动和运动控制系统，本文专注于伺服驱动控制。首先介绍该控制器的功能设计，然后介绍硬件设计和软件设计，最后介绍该驱动与运动控制器联接在数控机床上的运行和测试效果。1 交流伺服驱动系统设计1.1 功能设计由于数控系统通信系统的变化，必然引起系统中相关环节功能划分的变化。传统机床数控系统中，进给伺服位置控制功能通常是由CNC去完成的。当采用SERCOS通信系统以后，位置控制由伺服驱动去完成，有助于提高系统的位置控制的实时性。其它的功能与传统伺服

30、驱动的功能没有多大变化。主要功能为：(1)位置、速度、转矩三闭环控制(2)点动(JOG)模式(3)外部模拟数字转速设定(4)SERCOS现场总线通讯(5)能耗制动(6)诊断、报警与保护功能1.2 性能指标设计伺服驱动系统的主要性能指标设计如表1所示。 1.3 伺服驱动系统硬件设计伺服驱动器系统硬件设计框图如图1所示。 图1 伺服驱动器硬件结构图主电路将三相交流电整流、滤波后经IPM(PMl00RLA060)逆变为电压和频率可变的三相正弦交流电向交流伺服电动机供电。控制电路主要由TI公司的TMS320F2812型DSP作为控制核心，其丰富的外设资源和独具PWM信号产生模块非常适合电机控制。同时其

31、外围还配以FPGA逻辑电路、存储扩展电路、SERCOS现场总线通讯电路、键盘和显示电路等。伺服驱动器样机如图2所示，内部结构利用散热器为支架，电路板分为控制板和驱动板上下两层，各种接口布置在同一侧以方便使用。 图2伺服驱动器样机1.4 伺服驱动器软件设计整个伺服驱动器采用磁场定向空间矢量控制(SVPWMW)算法，坐标系为dq旋转轴系，id=0矢量控制方式。系统中空间矢量算法运算、采样周期优化、载波频率优化、位置/转速/电流三闭环控制等都由DSP完成。将脉冲的计数、变M/T法测速、按键和显示任务由FPGA处理，以节约DSP的资源，保证伺服驱动器控制系统的实时、高精度等性能。2 运行及测试效果运行

32、及测试在某公司XKHL650型立式数控铣床上进行(如图3所示)。 图3立式铣床三轴伺服控制硬件整体结构如图4所示。铣床进给伺服电机采用日本三洋公司的P10818200BXS型电机，电机额定转速2000r/min，编码器分辨率6000pluse/r，额定功率2kW。 图4数控铣床结构框图在使用该伺服驱动器的数控机床上精加工了该企业的标准测试件半球和四极模工件，加工后的工件如图5和图6所示。 使用球杆仪和三坐标测量仪对工件进行测量，球杆仪的技术术语有反向跃冲、伺服不匹配误差和圆度等。其中反向跃冲用于检测机床和伺服系统整体的动态特性，反向跃冲越小，则伺服系统的响应速度越快;伺服不匹配误差用于检测轴间

33、的联动性能，伺服不匹配误差越小，则说明机床各轴间的联动性能越好，对负载的扰动变化响应越一致;圆度则说明机床运行轨迹是半径为100mm的圆时，正反方向半径的最大误差，误差值越小，表明数控机床加工工件的性能越高。球杆仪和三坐标仪测试结果如图7、图8所示。结果显示工件的反向跃冲、伺服不匹配、圆度和表面光洁度等重要参数均达到产品加工要求。 3 结论(1)研究的交流永磁同步电机伺服驱动器各项技术指标优良、多轴间联动性好，驱动器可以应用到多轴(含联动)数控机床上。(2)研究的驱动器引人SERCOS现场总线通讯，使系统具有较高的实时性、可靠性、轴间同步性能，能满足高精高速加工要求，同时为将来向更高速、高精发

34、展提供了条件。(3)研究的驱动器能达到1 m的加工精度，若采用更高线数的驱动电机，有助于进一步提高加工精度。7、改善精密机床伺服系统低速性能的研究改善精密机床伺服系统低速性能的研究摘要：CAD/CAM的发展方向PDM 嵌入式软PLC虚拟机在电气测试中应用加工模具和注塑件的“利器”带停顿的钻孔循环 G82秦川机床数控成形磨齿机又添新丁 机床用光栅测量技术的最新发展用子程序调用指令铣削4个槽的编程源程序水基切削液使用方法和注意事项 IGBT中频变频器的现场应用探讨 SOUVIS：激光焊接与钎焊质量控制的工具专为精密、高效生产设计的HSM加工单元数控车间(机床)集成管理技术及产品 基于DSP的弧焊逆

35、变电源数字化控制系统CW6163车床扩大加工范围的改造干燥装置热泵式低温的研制分析现代技术陶瓷及应用数控车床自动转位刀台设计铣刀(可转位)的合理选用采用单一标准化刀具系统节省成本和时间变频器和PLC在9米龙门铣床中的应用 标签:tag 数控机床与加工中心是加工制造业的重要设备，而精密机床在高质量加工中必不可少。精密机床正常工作状态下，工作台的进给速度往往要求到1cm/min，这就要求精密机床伺服系统具有极佳的低速特性。因而低速性能作为衡量机床伺服系统性能的重要指标越来越引起人们的重视。设. 数控机床与加工中心是加工制造业的重要设备，而精密机床在高质量加工中必不可少。精密机床正常工作状态下，工作

36、台的进给速度往往要求到1cm/min，这就要求精密机床伺服系统具有极佳的低速特性。因而低速性能作为衡量机床伺服系统性能的重要指标越来越引起人们的重视。设法改善数控机床伺服系统的低速性能，对提高机床性能、加工质量及降低成本无疑具有重要的意义。本文以数控机床常用的永磁交流伺服系统为对象，分析了影响系统低速性能的原因，给出了相应的解决办法，实验结果证明了方法的可行性和有效性。 系统结构 图1为数控机床交流伺服系统结构图。 图1 数控机床交流伺服系统结构图以TI公司的DSPTMS320F240为控制核心，主要完成电流环、速度环，2/3坐标变换、PWM生成及检测环节的计算和整个系统的协调工作。主回路采用

37、了IPM智能功率模块，受控对象为永磁同步电动机，其额定转速为2000r/min，速度检测采用每转产生2000脉冲的光电脉冲编码器。 影响数控机床伺服系统低速性能的原因 定子电流及齿槽效应的影响 速度波动是衡量伺服系统低速特性一项重要技术指标。该性能指标用转速不均匀度来表示，如式(1):为转速波动，为实际转速，Nmax为稳态运行时瞬时最大转速，Nmin为稳态运行时最小转速。转速扰动是由转矩扰动引起的。在实际工作过程中，伺服系统的转矩Te不是恒定不变的，在中高速情况下转矩扰动对系统的运行特性的影响可以忽略不计。但对于要求在低速下能够平稳运行的高精度伺服系统而言影响很大。这是因为在低速，特别是在空载

38、情况下，加在电机定子绕组上的控制信号十分微小，扰动信号大小可以与控制信号相比较，甚至超过正常的控制信号，伺服系统输出的角速度将在扰动力矩作用下产生波动，破坏低速运行的平稳性。永磁同步电动机(PMSM)伺服系统中引起转速扰动的因素是多方面的。 定子电流的影响 为了产生恒定的转矩，PMSM的反电动势和由逆变器输入定子的相电流都必须是正弦的。然而受外界因素的综合影响，PMSM三相定子电流并不是正弦，而是引入了一个干扰量I，如式(2)所示。I的产生是由多方面因素造成的。永磁体的物理形状和定子齿槽的存在使反电动势不是理想的正弦; 逆变器输入定子的电流含有高次谐波;电流检测漂移; 电流控制存在有相位有滞后

39、等原因都可以产生I，使输出力矩不理想。 齿槽效应的影响 影响数控机床伺服系统低速性能的另一个重要因素是伺服电机的齿槽效应所产生的齿槽转矩。齿槽转矩是由转子磁场和定子铁心相互作用产生。永磁同步电动机的转子是永磁体，电机的转子和定子之间的磁阻由于定子齿和槽对应的气隙不同而不同。当永磁同步电动机匀速旋转，这些齿和槽交替经过磁极，磁阻的周期性变化产生一个周期性力矩作用于电机轴，这个周期力矩就是齿槽力矩，它与电机转子磁极位置有关，是电机永磁磁场的幅值和空间位置的函数，它可以使系统产生周期性的转矩波动，影响伺服系统的低速性能。 干摩擦的影响 执行轴上的干摩擦是影响机床伺服系统低速特性的另一个不良因素。当系

40、统在中高速运行时，摩擦力保持恒定; 在低速运行时，摩擦是电机角速度的函数，图2给出了低速时摩擦力矩与电机角速度的对应关系。图2 摩擦力矩与电机角速度关系图低速运行时，当电机运行速度大于c，摩擦力矩恒定，系统的运动是平稳的; 当电机速度变化到小于c大于b范围时，摩擦力矩变小，小于Mc，输出转矩大于负载，电机角速度增加直到c，力矩重新平衡，但加速度一直变化; 如果转速小于b摩擦力矩大于输出力矩，电机不断减速直到下一个电流采样周期。这样就导致伺服系统进行跳动式跟踪，实际系统的情况要更加复杂。 改善数控机床伺服系统低速性能的方法 对于前面所述的定子电流及齿槽效应对伺服系统低速性能的影响，目前有很多改善

41、方法，如对定子电流的影响，可采取改善电机空间磁场的分布，提高电流检测精度，减小电流检测的漂移，对电流控制滞后进行实时补偿等方法；对于齿槽效应的影响，可采取增大速度环比例增益，应用特制鲁棒调节器，应用转矩观测器实时对转矩扰动进行补偿等方法。 本文系统中采用变速度环调节器参数的方法来克服低速时的转速波动，实验证明该方法简单可行，效果良好。 若考虑转速波动，假设电机角速度转速为： =0 （3） 其中0为平均角速度，为角速度波动。由运动系统的动力学方程可知:令T=jD/dt，则考虑T时交流伺服系统简化后如图3所示。图3 考虑T时交流伺服系统简化框图根据图3，力矩扰动引起的转速变化如式(5)所示，其中K

42、p为速度调节器比例系数，Ti为速度调节器积分时间常数。增加Kp和减小Ti就可以抑制转速扰动，提高系统稳态运行时的性能，但在实际系统中Kp的增加和Ti的减小程度都是由限度的。过大的增加比例和积分作用会引起系统震荡，使系统不稳定。在实际系统中，我们令Kp和1/T1跟随系统给定速度变化而变化。具体关系如下：Kmax是比例系数的最大值，K1max是1/T1的最大值，Kmin是比例系数的最小值，K1min是1/T1的最小值，nup和ndown是两个特定的速度给定值。 该方法具体实现时还要考虑转速给定的变化，当给定速度由一个大的数值变化到一个小值时，比例系数和积分系数开始要保持最小值，当误差减小到一定程度

43、后才能按上述公式进行处理。 对于前面所述的干摩擦的影响，可通过改善润滑条件，减小摩擦力矩; 增加系统转动惯量，增大双环系统中的速度环调节器的比例系数; 增加闭环系统阻尼比等方法改善。 本文系统中采用了一种变结构的控制方法。这种方法是系统低速时，在保留电流环和速度环的基础上，加入了转子位置环，采用如图4所示的结构。当合理的选择位置环的调节器的参数时，这种方法可以有效的克服低速时伺服系统电机轴上干摩擦的影响，使伺服系统平稳的运行。图4 加入位置环的系统部分结构图实验结果 图5是利用图1所示的系统，在给定转速1r/min时所测得的定子电流波形。由实验结果可见，应用本文提出的方法有效的改善了系统的低速

44、性能。8、基于DSP的交流同步电机伺服控制系统 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 1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

45、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DSP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

46、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IGBT CPV363M4K模块组成逆变桥来实现功率主回路直流到交流的逆变。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

47、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 送入进行A/D转换并作相应处理,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。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

48、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:图2电流检测电路3.2功率主回路设计功率主回路是进行能量转换、驱动伺服电机工作的强电电路,主要由整流电路、中间直流电路和逆变器三个环节组成,如图3所示。图3 功率主回路电路图3.3控制驱动电路的设计 D6 Q6控制驱动电路主要完成对PWM (Pulse Width Modulation)信号的功率放大,以及对逆变器功率管的驱动功能。本文中分别采用SPWM技术和SVP

49、WM技术来实现功率逆变,将由TMS320LF2407 DSP芯片产生的PWM信号经过功率驱动模块IR2132进行功率放大、然后驱动三相逆变器的六个功率管。伺服控制器的功率驱动电路主要有功率驱动模块IR2132和IGBT CPV363M4K组成的三相逆变器组成。将DSP芯片所产生的六路PWM信号直接输入功率驱动模块IR2132对信号进行放大,然后驱动三相逆变器的六个功率管。由于DSP本身通过软件编程可直接产生SPWM信号和SVPWM信号来驱动三相逆变器,所以,大大简化了系统的外围硬件电路结构,提高了系统的可靠性。3.4 CAN控制器模块设计本系统中采用CAN总线接收对电机的控制信息并向主机发送状

50、态信息。DSP根据信息要求对电机进行调速、制动、正反转等控制。TMS320LF2407 DSP芯片的CAN总线控制器与CAN物理总线的接口采用82C250驱动器芯片。82C250采用阻抗为120。双绞线作通信介质,信号采用差动发送和差动接收,具有较强的抗干扰能力,其最高通信速率可达1Mbps。通过对82C250引脚8 (Rs)的不同连接,可以实现三种不同的工作方式:高速、斜率控制和待机。本系统采用斜率控制,以降低射频干扰。为了增强抗干扰能力,保护CAN控制器,在TMS320LF2407与82C250之间加高速光隔。光隔采用HP公司的HCPL-2630芯片,其速度为l0MHz。电路如图4示。图4

51、 CAN驱动器接口电路4 系统软件设计在伺服系统的设计中,在实时性允许的前提下,一般来说,总是尽可能的用软件资源代替硬件资源,以降低成本,简化硬件系统结构,提高系统的性价比。TMS320LF2407,通过软件变成可以灵活的实现矢量PWM输出、速度检测、电流检测等功能。在伺服驱动控制中有两部分软件:DSP控制程序和上位机软件。DSP程序由两个模块组成,即主程序模块和中断服务程序模块,主程序模块主要完成中断矢量的声明、内存变量的定义、各个功能模块的初始化等工作;中断模块主要是进行速度环和电流环的处理以及与上位机交换数据。主程序内完成系统的初始化,I/O接口控制信号,DSP内各个控制模块寄存器的设置

52、等,然后进入循环程序。初始化工作主要包括:DSP内核的初始化;电流环、速度环的周期设定;PWM初始化,包括PWM的周期设定,死区设定,以及PWM的启动;ADC初始化及启动;QEP初始化;CAN控制器初始化;永磁同步电机转子的初始位置初始化;进行多次伺服电机相电流采样,求出相电流 和 。的零偏移量;电流PI调节初始化;速度PI调节初始化等。所有的初始化工作完成后,主程序进入等待状态,以等待中断的发生,进行电流环和速度环的调节。主程序流程如图5所示。图5 主程序流程图本文作者创新点:本文开发了一套基于DSP的高性能交流同步电机伺服控制系统。该系统采用TI公司的电机控制专用DSP-TMS320LF2

53、407作为控制核心,实现了高精度的电流和速度双闭环控制,实现了转速调节器、电流调节器、电压空间矢量的数字化,并且实现了上位机对于系统的参数设置和实时监控,取得了良好的控制效果。参考文献:1 蔡春伟,采用USB和DSP技术的全数字伺服控制器的研究与开发D,山东大学硕士学位论文,2004.5.2 江思敏等,TMS320LF240x DSP硬件开发教程M,机械工业出版社,2003。3 王纪俊,刘贤兴,王德明,王丽敏等,神经元控制器在感应电机矢量控制中的应用J,江苏大学学报(自然科学版),2003年3月第24卷第2期。4 章恒,朱纪洪,蒋志宏. 双通道伺服控制系统设计J. 微计算机信息, 2007,

54、2-1: 110-1119、雷赛全数字化交流伺服在立式包装机上的应用 雷赛全数字化交流伺服在立摘要：本文介绍了雷赛ACS交流伺服驱动系统在立式包装机上的应用。现场调试数据表明，配置伺服系统的包装机，其加工效率比原步进系统高出50%，且运行平稳，精度高。此次应用，为ACS交流伺服系统在立式包装机上的应用提供了宝贵经验，值得推广。 关键词：雷赛ACS交流伺服 立式包装机 前言 立式包装机设备主要用于加工塑料包装袋及各种规格的生活塑料袋，早期的设备采取的是刹车离合器等控制机构，后来改进为步进系统控制装置，现在又发展成为PLC及伺服电机加变频调速为主的控制机构，目前，伺服控制已成为行业的应用趋势。 深圳市雷赛机电技术开发有限公司针对国内立