解读采用DSP工业电机控制系统电路

解读采用DSP工业电机控制系统电路

　　根据工业缝纫机的性能，提出了一套以DSP为核心的永磁同步电机控制系统设计方案。详述了其关键部分的功能与实现方法，设计了电路原理图，完成了系统软、硬件设计和系统的安装；并对样机系统的各项性能进行了测试。很好地实现了系统的调速范围宽、定位精度高的要求，增强了产品的市场竞争力。传统的工业缝纫机，主轴驱动大多采用离合器电机，缝制过程中的动作都靠机械和人工配合完成，存在效率低、体积大、调速范围窄、位置控制难、自动化程度低。另一方面，传统的工业缝纫机，由于主轴驱动靠离合器电机，通电后不管机器是否正处于缝制状态，电机都一直在高速运转耗电，不能实现有缝制动作时机器运转，没有缝制动作时机器停止，从而造成了大量电能浪费。

　　系统设计完成的是整体电控缝纫机的总体技术方案，它是完成电控缝纫机设计的最关键的一个步骤，该电控系统主要包括控制器、驱动器、电机、编码器、传感器、电磁铁等几个部分，系统框图如图1所示。

　　控制器

　　图1的控制器作为工业缝纫机控制系统的核心，一方面产生伺服电机驱动信号，送给驱动器控制缝纫机完成定针位，并完成各种不同线迹的控制功能，另一方面产生开关信号给功率开关电路，完成缝纫机的剪线、拨线、前后加固、抬压脚等动作。控制器的动作需要电机编码器信号、机头同步信号、脚踏板加减信号、电机电流传感器信号等信号的参与运算，以协调整个机器完成相应动作。该控制器的硬件电路如图2所示。

　　该控制器的主体核心采用TMS320F2406 DSP（U4）进行程序编程，以实现对永磁同步电机实行磁场定向控制。对永磁同步电机实行磁场定向控制的原理框图如图3。

　　图3 永磁同步电机实行磁场定向控制的原理框图

　　通过电流传感器测量逆变器输出的定子电流iA、iB，经过DSP的A/D转换器转换成数字量，并利用iC=-（iA+ iB）计算出iC。通过Clarde变换将电流iA、iB、iC变换成旋转坐标系中的直流分量isq、isd，isq、isd作为电流环的负反馈量。利用增量式编码器测量电动机的机械转角位移qm，并将其转换成电角度qe和转速n。电角度qe用于参与Park变换和逆变换的计算。转速n作为速度环的负反馈量。给定转速nref与转速反馈量n的偏差经过速度PI调节器，其输出作为用于转矩控制的电流q轴参考分量isqref。isqref和 isdref（等于零）与电流反馈量isq、isd的偏差经过电流PI调节器，分别输出dq旋转坐标系的相电压分量Vsqref和Vsdref。 Vsqref和Vsdref再通过park逆变换转换成a b直角坐标系的定子相电压矢量的分量Vsaref和Vsbref。当定子相电压矢量的分量Vsaref、Vsbref和其所在的扇区数已知时，就可以利用电压空间矢量SVPWM技术，产生PMW控制信号来控制逆变器。