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基于高性能数字信号控制器在伺服系统中的功能

1、 小序

跟着工业、夷易近用、军事对自动化的需求赓续前进,以高机能微处置惩罚器为节制策略的数字化交流伺服系统必将成为伺服系统的成长趋势。环抱TI公司推出的高机能数字旌旗灯号节制器TMS320F28334,重点先容其在伺服系统中的功能及实际利用。

2、 器件先容

2.1 TMS320F28334简介

TMS320F28334(以下简称F28334)属于F2833x系列,该系列也是TMS320C一2000系列数字旌旗灯号节制器中的一员。和曩昔比拟,该系列器件有很多机能的提升和扩展。F2833x在承袭同类器件32位定点处置惩罚器布局的根基上,集成有单指令(32位)IEEE754浮点处置惩罚单元。该器件可以履行效率很高的C/C++法度榜样代码,可使用高档说话编写的软件完成系统节制,还可用C/C++说话开拓法度榜样算法。因为F2833x系列具有定点和浮点处置惩罚单元两种布局,是以能替代一些系统的数字旌旗灯号处置惩罚器和节制器,这样不只能低落开拓资源,还能低落功耗。而其具有的32x32位MAC、快速中断相应、8级指令流水线能够很轻松地完成繁杂算法和节制,满意系统利用必要。

F28334的主要特点:150 MHz时钟周期:6个通道DMA节制器;16位或32位外部接口;128 Kxl6位Flash,34 K×16位SARAM,1 K×16位一次编程RAM;8 Kxl6位向导ROM;超强的外围节制,如EPWM,HRPWM,ECAP,EQEPI等;3个32位CPU准时器;外围串口有:ECAN,SCI,SPI,MCBSP,I2C;16个通道的12位M/D转换器;多种低功耗模式和多种封装选择等。

2.2 A/D转换器简介

A/D转换器集成在F28334内部,属于其内部布局的一部分,与内部其他布局共用系统时钟,并由CPU节制。A/D转换器有16个模拟输入通道,可设置设置设备摆设摆设为2个自力的8通道模式,也可将2个自力的8通道设置设置设备摆设摆设成1个16通道模式,为EPWM模块供给更好办事,实现伺服系统的正确节制。

M/D转换器的主要特点:12位精度A/D转换器内核,并且具有双路采样维持电路;同时采样和序列采样模式;模拟输入电压范围:O~3 V;在12.5 MHz的A/D转换器时钟下,具有6.25MS/s的采样速度;16个结果寄存器存储响应通道的采样结果;在“开始转换序列”模式中具有多种触发源:软件急速开始、EPWM、XINT2。

以上特点及可变的采样速度、低功耗模式、A/D转换器与DMA接口等功能都是经由过程设置设置设备摆设摆设响应的寄存器实现的。恰是基于A/D转换器的强大年夜机能,可同时采集多达16路模拟旌旗灯号,能够组成一个采样收集,从而周全检测和节制伺服系统。

3、 系统硬件设计

对付伺服系统,相电流采样精度直接影响全部伺服系统的机能。是以采样电路和保护电路都是环抱电流环内的电流值设计。F28334处置惩罚和对照采样获得的电流,进而输出PWM波进行响应节制。系统框图如图l所示。

从图1可看出,电流丈量旌旗灯号经由过程A/D转换器INA0和ECAPI进入F28334;电流保护旌旗灯号经由过程ECAP2和ECAP3进入F28334;而PWM节制波从F28334的专用引脚输出,经光电隔离和功率驱动电路落后入电机。因为系统的变频器采纳交不停一交布局,即有一个三相弗成控整流桥和用IGBT实现逆变功能的逆变器组成,以是只需孕育发生6路PWM节制旌旗灯号。

3.1 电流环内电流值的采样

为了前进采样精度,电流旌旗灯号不能直接连接到A/D转换器的模拟输入引脚,而是要分手获取电压旌旗灯号的幅值和偏向。经由过程一个绝对值电路和电压跟随电路,获得一个正相电压,由运算放大年夜器完成,终极获得的电压再连接到F28334的ADCINTO引脚;别的,经由过程一个由对照器构成的过零对照电路,检测出电压的正负,再连接到F28334的ECAPl引脚。电流采样电路框图如图2所示。

图2中的绝对值电路由放大年夜器二极管组成。电压跟随器的输出端用一只3.3 V的稳压二极管把输出电压箝位于0~3.3 V,过零对照器的输出端同样用一只3.3 V的稳压二极管箝位,包管F28334不会因输入电压值过高而毁坏。

3.2 电流环内电流保护

系统电路中电机电流保护分为限流保护和过流保护。前者是当电机电流跨越额定值In的x倍时开始动作,当电机电流减小到低于x倍额定电流时,保护系统退出,此旌旗灯号经由过程E—CAP2进入F28334;后者则是当电机电流跨越y倍(y》x)的额定电流时,电机停机,直到从新启动系统。此旌旗灯号经由过程ECAP2进入F28334。电流保护电路框图如图3所示。

当对照器1负端电平大年夜于参考电压(对应电机电流xIn)时,对照器1输出低电平,即限流保护ECAP2旌旗灯号有效,由F28334封PWM引脚输出脉冲:当对照器2的负端电平大年夜于参考电压(对应电机电流yIn),对照器2输出低电平,D触发器的Q置低,即ECAP3旌旗灯号有效,进而F28334封锁PWM输出脉冲。留意:当过流保护后,电机电流纵然减小到0,系统也不再事情,直得手动重启系统,并将D触发器的Q电平拉高,系统才会从新事情。此中,In为电机额定事情电流。x介于1和1.2之间,y为1.5。

3.3 三相PWM波孕育发生

F28334的PWM脉冲旌旗灯号的孕育发生必要时基、对照计数器、动作限制器、逝世区、PWM斩波器以及跳闸区(Trip—Zone)。经由过程期基单元设定PWM波时基计数器的周期和频率,设置设置设备摆设摆设各路PWM波之间的相位关系,设定PWM波的对称性,输出时基计数器的值到对照寄存器和动作限制器。计数器的值继续与计数器A和计数器B相对照,相等时孕育发生响应的输出到动作限制器。当时基计数器的值与时基的周期、零、计数器A以及计数器B之中的一个或多个相等时,输出PWM波。动作限制器输出的PWM波形经逝世区、PWM斩波器以及跳闸区,着末到达响应的引脚。假如不经逝世区和PWM斩波器则输出的波形不能被改动。跳闸区确保PWM波形的精确性。

3.4 功率驱动

系统是由一个三相弗成控的整流桥和由IGBT实现逆变的逆变桥组成,功率驱动电路只是IGBT的栅极驱动电路,而其设计是否合理,抉择其静态特点和动态特点。栅极正偏压、负偏压和栅极电阻对IGBT的通态压降、开关光阴、开关损耗、遭遇短路能力以及dUGE/dt等参数都有影响。选用HL402B作为IGBT的驱动器,图4为HIA02B接线图。此中HIA02B接25 V电源,孕育发生正偏电压为+15 V,负偏电压为一10 V,栅极电阻可选几欧姆到几百欧姆,这里选用2Ω的电阻。

3.5 驱动波形和逆变器后输出的波型

F28334输出PWM波形到驱动电路,驱动电路则可接入逆变器主功率器件的栅极,给驱动电路通电,逆变器不加电,用示波器察看驱动电路输出,如图5所示。因为输入电阻和电容的影响,驱动波形不再是标准的方波。

3.6 F28334存储和通信

F28334内部稀有据存储器和法度榜样存储器,是以无需外接存储器。无论是法度榜样照样数据的存取,其速率都很快,无需斟酌有外设存储器的系统与外设存储器通信时存在的速率匹配问题。因为F28334的通信接口和模式很多,完全能满意通信必要。使用这些接口能够轻松实现与其他系统器件的通信。同时,还可使用其富厚的引脚外部扩展显示模块和键盘等设备,为用户供给一小我机对话的接口。

4、 系统软件设计

系统软件主要完成系统的初始化和系统节制,即:系统寄存器初始化,中断向量的设置,A/D转换器模块寄存器初始化,A/D转换器采样,数据的处置惩罚和存储,电流保护电路的监控等。系统的软件流程图如图6所示。

从图6可知,电流保护和通信功能是经由过程中断实现的。假如没有孕育发生电流保护和通信中断,则系统完成电机电流采样.处置惩罚和存储数据,并根据实际必要使系统进入休眠状态,也可从休眠状态退出继承事情,这样可减小系统的功耗。这里只给出部分法度榜样代码:

5、 留意事变

5.1 上位机读取数据

当上位机读取F28334采集获得的数据时,不必实时读取.可以先暂存在其内部数据存储器中。在上位机必要时,上位机设定的中断向F28334发送中断哀求旌旗灯号,F28334接管到哀求后,经由过程SCI接口发送暂存在F28334内部数据存储器中的数据。

5.2 电源模块设计

电源模块是伺服系统的紧张组成部分,电源模块的短长直接关系着系统能否正常事情。主要有3种电源:F28334的内核电源(1.9 V)和I/O电源(3.3V),A/D转换器模块的数字电源、模拟电源以及功率驱动模块的电源。F28334的电源可选用TI公司供给与之相匹配的电源器件供电;A/D转换器的数字电源和模拟电源必然要分开供电,以削减数字电源对模拟电路的影响;而功率驱动电路可采纳与其他电源隔离的自力悬浮电源电路来供电。

6 、结语

主要先容了基于F28334的小型伺服系统模块设计,实现节制伺服系统,模块中虽然没有给出显示模块和键盘等人机通信接口,然则可根据详细的要求来增添这些外设,以增强系统模块的功能。

责任编辑:gt

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