Servo Drive Drivo

Per assolir el control de rendiment High - de motors síncrons d’imants permanents de CA, Tonghang va dissenyar una unitat de servo de CA completament digital basada en un processador de senyal digital (DSP) i un mòdul de potència intel·ligent (IPM). Aquest disseny cobreix principalment els principis bàsics de la unitat, el disseny de maquinari de la unitat de control de servo i el procés d’implementació del programari. Els resultats experimentals del nostre equip de R + D demostren que la unitat dissenyada pot conduir el motor de manera estable per fer un seguiment de pas i senyals sinusoïdals mantenint paràmetres de control constants, alhora que es mostra un rendiment dinàmic excel·lent i una precisió estatal-.

El ràpid desenvolupament de la tecnologia del radar de vaixell ha posat a les exigències més elevades en els servo sistemes per al seguiment de la precisió, l'estabilitat de la velocitat i la fiabilitat. Això requereix un servei de servo per oferir un rendiment dinàmic superior, constant - precisió, versatilitat i facilitat d'ús. Les unitats de servo de CA han evolucionat a través del control de l'amplificador magnètic, el control del transistor, el control de circuits integrats i el control de l'ordinador i ara han entrat en una nova era, marcada per l'aparició de processadors de senyal digital (DSPs) i mòduls de potència intel·ligents (IPMS). Això ha permès la modularització i la digitalització completa de les unitats de servo.

Els DSP per al control del motor ofereixen capacitats excepcionals de processament de dades i velocitats elevades, cosa que els fa adequats per implementar algoritmes complexos de control de servo de CA i millorar la precisió i la fiabilitat del control del sistema. La IPM (controlador de fase intermèdia) (IPM) utilitza la tecnologia Pulse - Modulació d’amplada (PWM) per convertir la potència de corrent continu en potència de CA amb tensió i freqüència regulables per al control del motor. Integra IGBTS i els seus circuits d'accionament i presenta protecció contra els curtmetratges, el sobrecorrent, la infravaltatge i el sobreescalfament. Té una gran integració, característiques de protecció integral i una excel·lent fiabilitat. Aquest treball proposa una unitat de servo de CA completament digital basada en DSP i IPM. Utilitza un algorisme de control vectorial per aconseguir un control de bucle tancat complet - de la posició, la velocitat i el corrent del motor. Ens centrem en el disseny de maquinari i programari de la unitat de control de servo i presentem resultats experimentals del funcionament del motor.

Principi de Servo Drive

Una unitat de servei de CA consta principalment de dos components principals: una unitat de control de servo i una unitat d’accionament d’alimentació.

El circuit de conversió de potència de la unitat de control de servo proporciona +5 V i ± 15V en els diversos mòduls de la unitat. El circuit de control de servo rep senyals de resolució i tres senyals de fase - i senyals de corrent del motor per al control del motor. També rep senyals de sobretensió de bus i infravaltatge de bus, tres senyals de sobrecorrent de fase - i senyals de falles IPM per a la detecció i protecció de falles. Executa un algorisme de control de bucle tancat - i produeix sis senyals PWM.

La unitat d’accionament de potència rectifica i filtra l’entrada de tres - energia de la fase, convertint la potència de corrent continu en potència de CA de l’amplitud i la freqüència adequades mitjançant un mòdul de potència intel·ligent per controlar el motor. Detecta la tensió del bus i tres - tensió de fase i senyals de corrent per al control i protecció de la unitat.

Disseny de maquinari del circuit de control de servo

El circuit de control de servo és la part central de la unitat de servo de CA i les seves funcions principals són les següents:

Rep senyals de comandament i de retroalimentació;
Execute tancat - algoritmes de control de servo de bucle;
Genera senyals de sortida PWM;
Controla el funcionament del motor per a un alt rendiment;
Proporciona protecció contra la sobretensió, la infravaloració, el sobrecurrent i les fallades d’IPM mitjançant la detecció i el processament de temps reals - de diverses dades de falles.

A partir del disseny modular, el circuit de control de servo utilitza una arquitectura de maquinari DSP+FPGA.

El xip DSP realitza principalment el control de rendiment alt - del motor, incloses les funcions següents

(1) Té un 32 - bit single - precisió flotant - unitat aritmètica, que pot processar algoritmes de control vector

(2) Té un mòdul de comunicació ECAN, que pot realitzar la comunicació amb l’ordinador amfitrió, rebre instruccions de control i enviar diversos estats d’operació i falla del controlador;

(3) Té múltiples interfícies d'entrada i sortida de propòsit de múltiples programes de manera independent - (GPIO), que poden realitzar el control I0 del controlador;

4) Té un convertidor A/D de 12 bits, que pot realitzar un control d'entrada analògic;

(5) Té un mòdul de bus IC, que pot realitzar la comunicació amb E2Prom, emmagatzemar els paràmetres de control i les falles històriques del conductor;

(6) Té un mòdul Alt - Modulació de l'amplada de pols (PWM), que pot realitzar fàcilment el control PWM del motor;

(7) Té una interfície externa de bus paral·lela (XINTF), que pot realitzar la comunicació amb el xip FPGA, rebre informació d'estat com ara la posició, la velocitat i el corrent i la informació de falles com ara sobretensió, infravaltració, sobrecurrent i falla IPM.

El xip FPGA processa principalment senyals de posició, tensió, corrent i falles, incloses les funcions següents

(1) rebre i processar la informació de posició del motor a través del mòdul RDC perifèric;
(2) Rebre i processar el corrent de fase de tres - i tres - informació de tensió de fase a través del mòdul A/D perifèric;
(3) Envieu la informació de l'estat processat i la informació de falles al xip DSP;
(4) rebre el senyal PWM enviat pel xip DSP, entrellaçar -lo i produir -lo;
(5) Rep la sobretensió del bus, la infraversió, tres senyals de sobrecàrrega de fase - i els senyals de falles IPM i implementeu la protecció bloquejant el senyal de sortida PWM en cas de falla.

Disseny de programari de control de servo

El programari de control de servo s’executa en un xip DSP, que rep principalment ordres i informació d’estat de retroalimentació. A continuació, implementa tres bucles de control de bucle tancats - per a la posició, la velocitat i el corrent del motor mitjançant algoritmes de control corresponents. El diagrama de bloc de control de bucle tancat - es mostra a la figura 3. Els algoritmes de control PI estan dissenyats per als tres bucles tancats - basats en l'error entre ordres i retroalimentació. L’algoritme de control actual utilitza camp - control vectorial orientat per al motor. Les transformacions de Clark i Park s'utilitzen per transformar el corrent de fase de tres - al sistema de coordenades ABC estacionàries en dos corrents de fase - en el sistema de coordenades DQ giratori. S'utilitza un algoritme de bucle tancat - per regular els corrents de l'eix DQ del motor, que s'ajusten mitjançant la transformació del parc invers, la transformació de Clark inversa i PWM. La tensió de fase de tres - de l'estator s'ajusta per aconseguir el control del motor.

El programari de control de servo consisteix principalment en un programa principal i una rutina d’interrupció. El programa principal inicialitza primer el sistema, configurant els paràmetres de registre per a cada mòdul de xip de control i paràmetres del sistema. A continuació, realitza una prova de self - de l'estat del controlador per determinar si tots els components funcionen correctament. Si el test self - falla, l'indicador de falles parpelleja com a alarma. Si la prova de self - passa, la potència està connectada i el circuit entra en un estat de bucle. Un cop en estat de bucle, el xip de control rep primer les ordres de control. En rebre una ordre d’execució, la interrupció del temporitzador està habilitada. La subrutina d'interrupció del temporitzador executa l'algoritme de control del motor, conduint el motor. En rebre una ordre STOP, la interrupció del temporitzador està desactivada, aturant el motor. Un cop finalitzi cada subrutina d’interrupció del temporitzador, comprova els senyals de falles com ara sobretensió, infravaltatge i sobrecorrent. Si es detecta una falla, el senyal de sortida PWM està immediatament desactivat i l'indicador de falles parpelleja com a alarma. Si no es detecta cap falla, el circuit es buca i espera la següent interrupció del temporitzador.

La subrutina d’interrupció del temporitzador és el nucli de l’algoritme de control de la unitat de servo, completant la posició del motor, la velocitat i els algoritmes de control de corrent. El període d’interrupció del temporitzador és de 0,1ms, que determina la sortida PWM. La freqüència del senyal de sortida és també el període del bucle actual. Després d’introduir la subrutina d’interrupció del temporitzador, es llegeix la posició, la velocitat i la informació actual del motor. A continuació, depenent del mode de funcionament, es llegeix la posició, la velocitat o l’ordre actual i s’executa l’algoritme de control corresponent. Finalment, el senyal PWM que controla el motor és la sortida.

Resultats experimentals

La unitat de servo AC desenvolupada té una potència de sortida d'aproximadament 6 kW. Per investigar el seu rendiment de control, es va utilitzar un servo tonghang amb una potència nominal de 5,5 kW i una velocitat nominal de 3200 rpm.

Experiment 1: seguiment d’un senyal de pas a velocitat nominal. Els resultats experimentals es mostren a la figura.

Com es pot veure a la xifra, el temps de pujada del motor quan es fa un seguiment d’un senyal de pas de 3200 R/min és d’aproximadament 80ms, amb una superfície de l’1,5%. El pic - a - La fluctuació de velocitat màxima en estat estacionari és inferior a 5 r/min. Això demostra que el controlador dissenyat té un excel·lent rendiment dinàmic i una precisió estatal-.

Experiment 2: Seguiment d’un senyal sinusoïdal a velocitat nominal. Els resultats experimentals es mostren a la figura. Com es pot veure a la figura, el motor pot fer un seguiment d’un senyal sinusoïdal amb una amplitud de 3200 r/min i un període d’1, amb un error de seguiment màxim inferior a 20 r/min. Això demostra que el controlador dissenyat pot conduir el motor per rastrejar els senyals de pas i sinusoïdal mantenint paràmetres de control constants, demostrant un excel·lent rendiment adaptatiu.

Sumari

Per complir els requisits de control de rendiment High - de Servo Systems, Tonghang ha dissenyat un controlador de servoes de CA basat en la modularitat. Aquest controlador utilitza un xip de processament de senyal digital i un mòdul de potència intel·ligent com a components bàsics. El controlador compta amb una estructura compacta, una integració elevada de maquinari i algoritmes avançats de control de programari. Els resultats experimentals demostren que el controlador de servo de CA dissenyat pot conduir el motor per fer un seguiment de senyals de pas i sinusoïdal amb un alt rendiment mantenint paràmetres de control constants i presenta un excel·lent rendiment adaptatiu.