伺服電機(jī)控制系統(tǒng)電流采樣的三種方案分析與比較
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩環(huán)的性能直接影響著系統(tǒng)的控制效果，電流采樣的精度和實(shí)時(shí)性很大程度上決定了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，精確的電流檢測是提高系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和快速性的重要環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。在伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中，電流檢測的方案有多種，常見的一種方案是使用霍耳傳感器，將電流信號(hào)經(jīng)過電磁轉(zhuǎn)換，變換為直流電壓信號(hào)輸出，然后，通過運(yùn)放和比較器構(gòu)成的處理電路處理后，輸入到處理器;另一種方案是，取采樣電阻兩端的電壓，經(jīng)線性光藕或者隔離放大器進(jìn)行信號(hào)隔離，調(diào)理后接A/D轉(zhuǎn)換器輸入進(jìn)行數(shù)字化，獲取電流的采樣值，而數(shù)字化的過程即可以利用處理器中的A/D轉(zhuǎn)換通道實(shí)現(xiàn)，也可以利用根據(jù)
原理實(shí)現(xiàn)的模擬量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的隔離調(diào)制芯片來實(shí)現(xiàn)。以下是華科星小編分析理解出的三種伺服電機(jī)控制系統(tǒng)電流采樣方案，這有利于基于不同的條件選擇合適的方案來提高伺服控制系統(tǒng)的整體性能。
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)簡介
本系統(tǒng)采用交直交電壓型變頻電路，主電路由整流電路、濾波電路及智能功率模塊IPM逆變電路構(gòu)成，控制部分以DSP芯片TMS320LF2812為核心，CPLD作為輔助處理模塊，構(gòu)成功能齊全的全數(shù)字矢量控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，從圖1可以看出，本系統(tǒng)是一個(gè)有電流、轉(zhuǎn)速和位置負(fù)反饋的三閉環(huán)系統(tǒng)，
DSP負(fù)責(zé)采樣各相電流，計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置，最后運(yùn)用矢量控制算法，得到電壓矢量PWM控制信號(hào)，經(jīng)過光藕隔離電路后，驅(qū)動(dòng)逆變器功率開關(guān)器件;同時(shí)DSP還監(jiān)控變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路、過流、過壓、過熱等故障時(shí)，DSP將封鎖SVPWM信號(hào)，使電機(jī)停機(jī)，并通過LED顯示。CPLD模塊負(fù)責(zé)對(duì)光柵尺反饋的位置信息和上位機(jī)發(fā)送脈沖形式指令信息進(jìn)行濾波和計(jì)數(shù)，并將數(shù)據(jù)以總線方式傳送給DSP;同時(shí)處理鍵盤輸入和顯示輸出，以及開關(guān)量的輸入輸出。
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中電流采樣的作用就是檢測交流同步電動(dòng)機(jī)的三相定子電流并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)輸入到DSP中，再由DSP的AD模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量進(jìn)行處理。因?yàn)楸疚难芯康氖侨嗥胶庀到y(tǒng)Ia+Ib+Ic=0，因此只要檢測其中的兩路電流，就可以得到三相電流。
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)三種電流采樣方案的分析與比較
一、利用霍耳傳感器采樣電流
LEM霍耳傳感器介紹
采用霍爾電流傳感器(LEM模塊)--
LA25-NP對(duì)電流進(jìn)行檢測。霍爾器件根據(jù)磁補(bǔ)償原理制作而成，它可傳感從直流到數(shù)百千赫茲的信號(hào)。它突出的特點(diǎn)是在整個(gè)工作區(qū)域內(nèi)輸出特性是線性的，功耗小，重量輕，溫度穩(wěn)定性好，測量頻帶寬，能測量各種波形的電流，而且電隔離，輸出為電壓信號(hào)或電流信號(hào)，精度普遍較高，因而使用極為方便可靠，是理想的電流傳感器;但是成本較高。
二、電流采樣電路設(shè)計(jì)
電流采樣電路由于TMS320F2812片內(nèi)的ADC模塊要求輸入0～3V的單極信號(hào)，必須將LEM輸出的小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過放大濾波后輸入DSP。因此，設(shè)計(jì)了電路來進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，霍爾傳感器件所允許的負(fù)載電阻，考慮到霍爾器件的輸出電流信號(hào)較弱，選用運(yùn)放構(gòu)成反相放大器，反相放大器的輸入阻抗很高，R2的影響可以忽略，反相端通過可調(diào)電阻輸入的參考電壓為2V，設(shè)定電機(jī)的最大啟動(dòng)電流為
20A，當(dāng)I = 20A時(shí)，對(duì)應(yīng)的ADC輸入為3V;當(dāng)I = -20A時(shí)，對(duì)應(yīng)的 ADC輸入為0V;I =
0時(shí)，ADC的輸入為1.5V，將具有正負(fù)極性的電流反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極信號(hào)送入DSP。
三、?利用采樣電阻結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片采樣電流
?7860以及接口芯片0872介紹
HCPL-7860/0872是Agilent公司的兩款用于隔離A/D轉(zhuǎn)換的IC，其典型應(yīng)用電路如圖3所示，其中HCPL-7860為隔離調(diào)制器部分，HCPL-0872為數(shù)字接口部分,它們一起組合成一套隔離可編程雙芯片A/D轉(zhuǎn)換器。HCPL-7860/0872組成的可編程A/D轉(zhuǎn)換器具有12位的線性度，轉(zhuǎn)換時(shí)間為800nS，可提供5種轉(zhuǎn)換模式，輸入電壓范圍為-200mV～+200mV，單5V電源供給，HCPL-7860內(nèi)部分為轉(zhuǎn)換編碼模塊和譯碼模塊，轉(zhuǎn)換編碼模塊包含一個(gè)式過采樣A/D轉(zhuǎn)換器，它將輸入的低帶寬模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為一位高速串行數(shù)據(jù)流。
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