伺服电机控制系统.docx

伺服电机控制系统
对于数字化伺服电机控制系统，转矩环的性能直接影响着系
统的控制效果，电流采样的精度和实时性很大程度上决定了
系统的动、 静态性能， 精确的电流检测是提高系统控制精度、
稳定性和快速性的重要环节，也是实现高性能闭环控伺服电机控制系统
对于数字化伺服电机控制系统，转矩环的性能直接影响着系
统的控制效果，电流采样的精度和实时性很大程度上决定了
系统的动、 静态性能， 精确的电流检测是提高系统控制精度、
稳定性和快速性的重要环节，也是实现高性能闭环控制系统
的关键。在伺服电机控制系统中，电流检测的方案有多种，
常见的一种方案是使用霍耳传感器[1] ，将电流信号经过电磁
转换，变换为直流电压信号输出，然后，通过运放和比较器
构成的处理电路处理后，输入到处理器；另一种方案是，取
采样电阻两端的电压，经线性光藕或者隔离放大器进行信号
隔离，调理后接A/D 转换器输入进行数字化，获取电流的采
样值，而数字化的过程即可以利用处理器中的 A/D 转换通道
实现 [3] [4] ， 也可以利用根据原理实现的模拟量直接转换为数
字量的隔离调制芯片来实现[2] 。本文通过对这三种方案分别
进行电路设计和具体实验后所得结果的比较分析，对三种方
案各自的特点有了清晰的认识，这有利于基于不同的条件选
择合适的方案来提高伺服控制系统的整体性能。
2 伺服电机控制系统简介
本系统采用交直交电压型变频电路，主电路由整流电路、
滤波电路及智能功率模块IPM逆变电路构成，控制部分以DSP 芯片TMS320LF2812为核心，CPLD乍为辅助处理模块，构成 功能齐全的全数字矢量控制系统，系统结构如图 1 所示，从
图 1 可以看出，本系统是一个有电流、转速和位置负反馈的
三闭环系统，DSP负责采样各相电流，计算电机的转速和位
置，最后运用矢量控制算法，得到电压矢量PWM?制信号，
经过光藕隔离电路后，驱动逆变器功率开关器件；同时DSP
还监控变频调速系统的运行状态，当系统出现短路、过流、
过压、过热等故障时，DSP将封锁SVPWMT号，使电机停机， 并通过LED显示。CPLD模块负责对光栅尺反馈的位置信息和 上位机发送脉冲形式指令信息进行滤波和计数，并将数据以
总线方式传送给 DSR同时处理键盘输入和显示输由，以及 开关量的输入输出。
伺服电机控制系统中电流采样的作用就是检测交流同步
电动机的三相定子电流并转换成相应的信号输入到DSP中，
再由DSP的AD模块转化成数字量进行处理。因为本文研究
的是三相平衡系统Ia ＋ Ib+Ic=0 ，因此只要检测其中的两路
电流，就可以得到三相电流。
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图1全闭环立式加工中心的控制框图
3三种电流采样方案的分析与比较