SERVO DIGITAL DUVEL

Pour obtenir un contrôle des performances élevé - des moteurs synchrones de l'aimant permanent AC, Tonghang a conçu un lecteur de servo AC entièrement numérique basé sur un processeur de signal numérique (DSP) et un module de puissance intelligent (IPM). Cette conception couvre principalement les principes de base du lecteur, la conception matérielle de l'unité de contrôle Servo et le processus de mise en œuvre du logiciel. Les résultats expérimentaux de notre équipe de R&D démontrent que le lecteur conçu peut conduire de manière stable le moteur pour suivre les signaux d'étape et sinusoïdal tout en conservant des paramètres de contrôle constants, tout en présentant d'excellentes performances dynamiques et une précision stable stable.

Le développement rapide de la technologie des radar navires a imposé des demandes plus élevées sur les systèmes de servomotes pour la précision du suivi, la stabilité de la vitesse et la fiabilité. Cela nécessite des lecteurs AC Servo pour offrir des performances dynamiques supérieures, une précision stable -, une polyvalence et une facilité d'utilisation. Les disques AC Servo ont évolué par le contrôle de l'amplificateur magnétique, le contrôle des transistors, le contrôle intégré de circuit et le contrôle de l'ordinateur, et ont maintenant entré une nouvelle ère, marquée par l'émergence de processeurs de signaux numériques (DSP) et de modules de puissance intelligents (IPM). Cela a permis la modularisation et la numérisation complète des disques AC.

Les DSP pour le contrôle moteur offrent des capacités de traitement des données exceptionnelles et des vitesses élevées, ce qui les rend adaptées à la mise en œuvre des algorithmes complexes de contrôle du servo et de l'amélioration de la précision et de la fiabilité du contrôle du système. L'IPM (Contrôleur de phase intermédiaire) (IPM) utilise la technologie Pulse - La technologie de modulation de largeur (PWM) pour convertir la puissance CC en puissance CA avec une tension et une fréquence réglables pour le contrôle du moteur. Il intègre les IGBT et leurs circuits d'entraînement, et présente une protection contre les courts-circuits, la surintensité, la sous-tension et la surchauffe. Il possède une intégration élevée, des caractéristiques de protection complètes et une excellente fiabilité. Cet article propose un lecteur AC entièrement numérique basé sur DSP et IPM. Il utilise un algorithme de contrôle vectoriel pour atteindre le contrôle de boucle complet - de la position, de la vitesse et du courant du moteur. Nous nous concentrons sur la conception matérielle et logicielle de l'unité de contrôle des servo et présentons les résultats expérimentaux de l'opération du moteur.

Principe de service de service

Un lecteur AC Servo se compose principalement de deux composants principaux: une unité de commande de servo et une unité de conduite électrique.

Le circuit de conversion de puissance dans l'unité de commande de servo fournit +5 V et ± 15V de puissance aux différents modules du lecteur. Le circuit de commande de servo reçoit des signaux de résolveur et trois signaux de tension de phase et de courant - du moteur pour le contrôle du moteur. Il reçoit également des signaux de surtension de bus et de sous-tension, trois signaux de surintensité de phase - et des signaux de défaut IPM pour la détection et la protection des défauts. Il exécute un algorithme de contrôle de boucle - fermé et publie six signaux PWM.

L'unité de disque de puissance rectifie et filtre la puissance AC de trois- en entrée, convertissant la puissance CC en puissance CA de l'amplitude et de la fréquence appropriées à travers un module de puissance intelligent pour contrôler le moteur. Il détecte la tension de bus et trois signaux de tension de phase et de courant - pour le contrôle et la protection de l'entraînement.

Conception matérielle du circuit de commande de servo

Le circuit de commande de servo est la partie centrale du lecteur AC Servo, et ses principales fonctions sont les suivantes:

Reçoit des signaux de commande et de rétroaction;
Exécute Fermed - Loop Servo Control Algorithms;
Génère des signaux de sortie PWM;
Contrôle le fonctionnement du moteur pour des performances élevées;
Offre une protection contre les défaillances de surtension, de sous-tension, de surintensité et d'IPM via la détection de temps réelle - et le traitement de diverses informations de défaut.

Sur la base de la conception modulaire, le circuit de commande de servo utilise une architecture matérielle DSP + FPGA.

La puce DSP réalise principalement le contrôle des performances élevées - du moteur, y compris les fonctions suivantes

(1) Il a un 32 - bit unique - Précision Floating - Unité arithmétique point, qui peut traiter des algorithmes de contrôle des vecteurs moteurs avec des algorithmes de filtrage et de filtrage de signal élevés avec un contrôle réel élevé du Motor;

(2) il dispose d'un module de communication ECAN, qui peut réaliser la communication avec l'ordinateur hôte, recevoir des instructions de contrôle et envoyer divers états de fonctionnement et de défaut du conducteur;

(3) Il a plusieurs interfaces d'entrée et de sortie multiplexées programmables indépendantes - interfaces d'entrée et de sortie (GPIO), qui peuvent réaliser le contrôle I0 du pilote;

4) Il a un convertisseur A / N 12 bits, qui peut réaliser le contrôle des entrées analogiques;

(5) Il dispose d'un module de bus IC, qui peut réaliser la communication avec E2PROM, stocker les paramètres de contrôle et les défauts historiques du conducteur;

(6) Il a un module de modulation de largeur d'impulsion (1}} haute de résolution (PWM), qui peut facilement réaliser le contrôle PWM du moteur;

(7) Il dispose d'une interface externe parallèle (XINTF), qui peut réaliser la communication avec la puce FPGA, des informations d'état de la position, de la vitesse et du courant, et des informations de défaut telles que la surtension, la sous-tension, la surtension et le défaut IPM.

La puce FPGA traite principalement les signaux de position, de tension, de courant et de défaut, y compris les fonctions suivantes

(1) recevoir et traiter les informations de position du moteur via le module RDC périphérique;
(2) Recevoir et traiter le courant de phase- du moteur et les informations de tension de phase - du moteur via le module A / D périphérique;
(3) envoyer les informations d'état traitées et les informations de défaut à la puce DSP;
(4) recevoir le signal PWM envoyé par la puce DSP, le verrouiller et le sortir;
(5) Recevoir la surtension de bus, la sous-tension, trois - surintensiale de phase et les signaux de défaut IPM, et implémentez la protection en bloquant le signal de sortie PWM en cas de défaut.

Conception du logiciel de contrôle des servomé

Le logiciel de contrôle Servo s'exécute sur une puce DSP, recevant principalement des commandes et des informations d'état de rétroaction. Il implémente ensuite trois boucles de contrôle de boucle fermées - pour la position, la vitesse et le courant du moteur à l'aide d'algorithmes de contrôle correspondants. Le diagramme de bloc de contrôle de la boucle de boucle - fermé est illustré à la figure 3. Les algorithmes de contrôle PI sont conçus pour les trois boucles fermées - basées sur l'erreur entre les commandes et les commentaires. L'algorithme de contrôle actuel utilise le champ de vecteur orienté champ - pour le moteur. Les transformations Clark et Park sont utilisées pour transformer le courant de phase - dans le système de coordonnées ABC stationnaire en deux - Current dans le système de coordonnées DQ rotatif. Un algorithme de boucle fermé - est utilisé pour réguler les courants d'axe DQ du moteur, qui sont ensuite ajustés à l'aide de la transformation du parc inverse, de la transformée de clark inverse et du PWM. La tension de phase de trois- du stator est ajustée pour atteindre le contrôle du moteur.

Le logiciel de contrôle des servo-Contrôle se compose principalement d'un programme principal et d'une routine d'interruption. Le programme principal initialise d'abord le système, configurant les paramètres de registre pour chaque module de puce de contrôle et paramètres système. Il effectue ensuite un test Self - de l'état du pilote pour déterminer si tous les composants fonctionnent correctement. Si le test self - échoue, l'indicateur de défaut clignote comme une alarme. Si le test self - passe, l'alimentation est connectée et le circuit entre dans un état de boucle. Une fois dans l'état de boucle, la puce de contrôle reçoit d'abord les commandes de contrôle. Lors de la réception d'une commande d'exécution, l'interruption de la minuterie est activée. Le sous-programme d'interruption de la minuterie exécute l'algorithme de commande du moteur, entraînant le moteur. Lors de la réception d'une commande d'arrêt, l'interruption de la minuterie est désactivée, arrêtant le moteur. Une fois chaque sous-programme d'interruption de la minuterie terminée, il vérifie les signaux de défaut tels que la surtension, la sous-tension et la surintensité. Si un défaut est détecté, le signal de sortie PWM est immédiatement désactivé et l'indicateur de défaut clignote sous forme d'alarme. Si aucun défaut n'est détecté, les boucles de circuit et attendent la prochaine interruption de la minuterie.

Le sous-programme d'interruption de la minuterie est le cœur de l'algorithme de commande de conduite servo, complétant la position du moteur, la vitesse et les algorithmes de commande de courant. La période d'interruption de la minuterie est de 0,1 ms, ce qui détermine la sortie PWM. La fréquence du signal de sortie est également la période de la boucle de courant. Après être entré dans le sous-programme d'interruption de la minuterie, la position, la vitesse et les informations de courant du moteur sont d'abord lues. Ensuite, en fonction du mode de fonctionnement, la position, la vitesse ou la commande actuelle est lue et l'algorithme de contrôle correspondant est exécuté. Enfin, le signal PWM qui contrôle le moteur est sorti.

Résultats expérimentaux

Le lecteur AC développé AC a une puissance de sortie d'environ 6 kW. Pour étudier ses performances de contrôle, un servomoteur Tonghang avec une puissance nominale de 5,5 kW et une vitesse nominale de 3200 tr / min ont été utilisés.

Expérience 1: suivi d'un signal de pas à une vitesse nominale. Les résultats expérimentaux sont présentés sur la figure.

Comme le montre la figure, le temps de montée du moteur lors du suivi d'un signal de 3200 r / min est d'environ 80 ms, avec un dépassement de 1,5%. Le pic - à - La fluctuation de vitesse de pic à l'état d'équilibre est inférieure à 5 r / min. Cela démontre que le pilote conçu a d'excellentes performances dynamiques et une précision stable de l'état -.

Expérience 2: Suivi d'un signal sinusoïdal à vitesse nominale. Les résultats expérimentaux sont présentés sur la figure. Comme le montre la figure, le moteur peut bien suivre un signal sinusoïdal avec une amplitude de 3200 r / min et une période de 1, avec une erreur de suivi de pic inférieure à 20 r / min. Cela démontre que le conducteur conçu peut conduire le moteur pour suivre les signaux de pas et sinusoïdaux tout en maintenant des paramètres de contrôle constants, démontrant d'excellentes performances adaptatives.

Résumé

Pour répondre aux exigences de contrôle des performances élevées - des systèmes de servomotes, Tonghang a conçu un pilote de servo AC basé sur la modularité. Ce pilote utilise une puce de traitement du signal numérique et un module d'alimentation intelligent comme composants principaux. Le pilote possède une structure compacte, une intégration matérielle élevée et des algorithmes de contrôle logiciel avancé. Les résultats expérimentaux démontrent que le conducteur de servo AC conçu peut conduire le moteur pour suivre les signaux de pas et sinusoïdaux avec des performances élevées tout en maintenant des paramètres de contrôle constants et présente d'excellentes performances adaptatives.