Dripy Drive Digital

Per ottenere un alto controllo delle prestazioni - dei motori sincroni permanenti a magnet permanente, Tongghang ha progettato un'unità service AC completamente digitale basata su un processore di segnale digitale (DSP) e un modulo di alimentazione intelligente (IPM). Questo design copre principalmente i principi di base dell'unità, la progettazione hardware dell'unità di controllo dei servi e il processo di implementazione del software. I risultati sperimentali del nostro team di ricerca e sviluppo dimostrano che l'unità progettata può guidare stabilmente il motore per tenere traccia dei segnali STEP e sinusoidali mantenendo i parametri di controllo costanti, mostrando un'eccellente prestazione dinamica e una precisione statale - costante.

Il rapido sviluppo della tecnologia radar Shipborne ha posto richieste più elevate sui sistemi servi per il monitoraggio dell'accuratezza, della stabilità della velocità e dell'affidabilità. Ciò richiede un servo azionamento AC per offrire prestazioni dinamiche superiori, accuratezza dello stato - costante, versatilità e facilità d'uso. I servomoli AC si sono evoluti attraverso il controllo dell'amplificatore magnetico, il controllo dei transistor, il controllo del circuito integrato e il controllo del computer e ora sono entrati in una nuova era, contrassegnata dall'emergere di processori di segnale digitale (DSP) e moduli di potenza intelligenti (IPM). Ciò ha consentito la modularizzazione e la completa digitalizzazione delle unità di servo AC.

I DSP per il controllo dei motori offrono eccezionali capacità di elaborazione dei dati e velocità elevate, rendendoli adatti per l'implementazione di algoritmi di controllo del servo CA complessi e il miglioramento dell'accuratezza e dell'affidabilità del controllo del sistema. La tecnologia IPM (Intermediate Phase Controller) (IPM) utilizza la tecnologia PULSE - Modulazione di larghezza (PWM) per convertire l'alimentazione DC in alimentazione CA con tensione regolabile e frequenza per il controllo del motore. Integra IGBT e i loro circuiti di azionamento e presenta protezione contro cortocircuiti, sovracorrente, sottotensione e surriscaldamento. Vanta elevata integrazione, caratteristiche di protezione completa e eccellente affidabilità. Questo documento propone un'unità service AC completamente digitale basata su DSP e IPM. Impiega un algoritmo di controllo vettoriale per ottenere il controllo del ciclo - - della posizione del motore, velocità e corrente del motore. Ci concentriamo sulla progettazione hardware e software dell'unità di controllo servo e presentiamo risultati sperimentali dal funzionamento del motore.

Principio del servo drive

Un'azionamento a servo CA è costituito principalmente da due componenti principali: un'unità di controllo dei servi e un'unità di alimentazione.

Il circuito di conversione di potenza nell'unità di controllo servo fornisce +5 V e ± 15 V Potenza ai vari moduli nell'unità. Il circuito di controllo del servo riceve segnali di risolutore e tre segnali di fase- di fase dal motore per il controllo del motore. Riceve anche segnali di sovratensione del bus e di sottotensione, tre segnali di sovracorrente di fase - e segnali di errore IPM per il rilevamento e la protezione degli errori. Esegui un algoritmo di controllo loop - chiuso e subita sei segnali PWM.

L'unità di alimentazione rettifica e filtra l'input Three - PASE AC di fase, convertendo la potenza DC in potenza CA dell'ampiezza e della frequenza appropriate attraverso un modulo di potenza intelligente per controllare il motore. Rileva la tensione del bus e tre segnali di fase - di fase per il controllo e la protezione dell'unità.

Design hardware del circuito di controllo

Il circuito di controllo del servo è la parte fondamentale dell'unità servo CA e le sue funzioni principali sono le seguenti:

Riceve segnali di comando e feedback;
Esegue chiuse - algoritmi di controllo del servo loop;
Genera segnali di output PWM;
Controlla il funzionamento del motore per prestazioni elevate;
Fornisce protezione contro la sovratensione, la sottotensione, la sovracorrente e i guasti IPM attraverso il rilevamento e l'elaborazione del tempo reale -} di varie informazioni di guasto.

Basato sul design modulare, il circuito di controllo servo utilizza un'architettura hardware DSP+FPGA.

Il chip DSP realizza principalmente il controllo delle prestazioni - del motore, comprese le seguenti funzioni

(1) ha un'unità aritmetica di precisione 32 - bit - - punti aritmetica, che può elaborare algoritmi di controllo del vettore motorio con algoritmi di filtraggio computazionale e algoritmi del segnale;

(2) ha un modulo di comunicazione ECAN, che può realizzare la comunicazione con il computer host, ricevere istruzioni di controllo e inviare vari stati operativi e di errore del driver;

(3) Ha più interfacce di input e output generali multiplexed indipendenti in modo indipendente (GPIO), che può realizzare il controllo I0 del driver;

4) ha un convertitore A/D a 12 bit, che può realizzare il controllo di ingresso analogico;

(5) ha un modulo Bus IC, che può realizzare la comunicazione con E2PROM, memorizzare i parametri di controllo e i guasti storici del driver;

(6) ha un modulo PWM (Modulazione PWM (PWM) ad alto- di risoluzione della risoluzione, che può facilmente realizzare il controllo PWM del motore;

(7) Ha un'interfaccia esterna del bus parallela (XINTF), che può realizzare la comunicazione con il chip FPGA, ricevere informazioni sullo stato come posizione, velocità e corrente e informazioni sui guasti come sovratensione, sottoposte, sovracorrente e guasto IPM.

Il chip FPGA elabora principalmente segnali di posizione, tensione, corrente e guasto, comprese le seguenti funzioni

(1) ricevere ed elaborare le informazioni sulla posizione del motore attraverso il modulo RDC periferico;
(2) ricevere ed elaborare la corrente di fase - del motore e tre - informazioni di tensione di fase attraverso il modulo A/D periferico;
(3) inviare le informazioni sullo stato elaborato e le informazioni sui guasti al chip DSP;
(4) ricevere il segnale PWM inviato dal chip DSP, intrecciarlo e subirlo;
(5) Ricevi sovratensione del bus, sottotensione, tre segnali di scarsa fase- e IPM di errore e implementano la protezione bloccando il segnale di uscita PWM in caso di guasto.

Servo Control Software Design

Il software di controllo servo viene eseguito su un chip DSP, ricevendo principalmente i comandi e le informazioni sullo stato del feedback. Quindi implementa tre loop di controllo del loop - chiusi per la posizione, la velocità e la corrente del motore usando algoritmi di controllo corrispondenti. Il diagramma a blocchi di controllo del loop - chiuso è mostrato nella Figura 3. Gli algoritmi di controllo PI sono progettati per tutti e tre i loop chiusi - in base all'errore tra comandi e feedback. L'algoritmo di controllo corrente impiega il campo - controllo vettoriale orientato per il motore. Le trasformazioni di Clark e Park sono usate per trasformare la corrente di fase tre - nel sistema di coordinate ABC stazionarie in due - corrente di fase nel sistema di coordinate DQ rotante. Un algoritmo di loop - chiuso viene utilizzato per regolare le correnti dell'asse DQ del motore, che vengono quindi regolate usando la trasformazione del parco inverso, la trasformata inversa Clark e PWM. La tensione di fase tre - dello statore viene regolata per ottenere il controllo del motore.

Il software di controllo servo consiste principalmente in un programma principale e una routine di interruzione. Il programma principale inizializza innanzitutto il sistema, configurando i parametri del registro per ciascun modulo chip di controllo e parametri di sistema. Quindi esegue un test auto -- dello stato del driver per determinare se tutti i componenti funzionano correttamente. Se il test Self - fallisce, l'indicatore di errore lampeggia come allarme. Se il test auto -, la potenza è collegata e il circuito entra in uno stato di loop. Una volta nello stato del loop, il chip di controllo riceve prima i comandi di controllo. Dopo aver ricevuto un comando di esecuzione, l'interrupt del timer è abilitato. La subroutine di interruzione del timer esegue l'algoritmo di controllo del motore, guidando il motore. Dopo aver ricevuto un comando di arresto, l'interrupt del timer è disabilitato, arrestando il motore. Dopo che ogni subroutine di interruzione del timer si completa, controlla segnali di errore come sovratensione, sottotensione e sovracorrente. Se viene rilevato un guasto, il segnale di uscita PWM viene immediatamente disabilitato e l'indicatore di errore lampeggia come allarme. Se non viene rilevato alcun guasto, il circuito si alza e attende l'interruzione del timer successivo.

La subroutine di interruzione del timer è il nucleo dell'algoritmo di controllo dell'unità servo, completando la posizione del motore, la velocità e gli algoritmi di controllo di corrente. Il periodo di interruzione del timer è 0,1ms, che determina l'output PWM. La frequenza del segnale di uscita è anche il periodo del ciclo di corrente. Dopo aver inserito la subroutine di interruzione del timer, la posizione del motore, la velocità e le informazioni attuali vengono prima lette. Quindi, a seconda della modalità operativa, viene letta la posizione, la velocità o il comando corrente e viene eseguito l'algoritmo di controllo corrispondente. Infine, il segnale PWM che controlla il motore è in uscita.

Risultati sperimentali

L'unità Servo AC sviluppata ha una potenza di uscita di circa 6 kW. Per studiare le sue prestazioni di controllo, è stato utilizzato un motore a servo Tonghang con una potenza nominale di 5,5 kW e una velocità nominale di 3200 giri / min.

Esperimento 1: monitorare un segnale di gradino a velocità nominale. I risultati sperimentali sono mostrati nella figura.

Come si può vedere dalla figura, il tempo di salita del motore quando si monitora un segnale di gradino di 3200 r/min è di circa 80 ms, con un superamento dell'1,5%. Il picco - a - La fluttuazione della velocità di picco in stato stazionario è inferiore a 5 r/min. Ciò dimostra che il driver progettato ha un'eccellente prestazione dinamica e una precisione statale - costante.

Esperimento 2: monitorare un segnale sinusoidale a velocità nominale. I risultati sperimentali sono mostrati nella figura. Come si può vedere dalla figura, il motore può bloccare un segnale sinusoidale con un'ampiezza di 3200 r/min e un periodo di 1s, con un errore di tracciamento di picco inferiore a 20 r/min. Ciò dimostra che il driver progettato può guidare il motore per tracciare sia i segnali STEP che sinusoidali mantenendo parametri di controllo costanti, dimostrando eccellenti prestazioni adattive.

Riepilogo

Per soddisfare i requisiti di controllo delle prestazioni - High -, Tonghang ha progettato un driver di servo CA basato sulla modularità. Questo driver utilizza un chip di elaborazione del segnale digitale e un modulo di potenza intelligente come componenti principali. Il driver vanta una struttura compatta, un'elevata integrazione hardware e algoritmi avanzati di controllo del software. Risultati sperimentali dimostrano che il servo driver AC progettato può guidare il motore per tenere traccia sia dei segnali Step che Sinusoidali con alte prestazioni mantenendo parametri di controllo costanti e presenta eccellenti prestazioni adattive.