在伺服系統(tǒng)中，由于交流永磁同步電機(jī)具備十分優(yōu)良的低速性能、可以實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，調(diào)速范圍寬廣、動(dòng)態(tài)特性和效率都很高，已經(jīng)成為伺服系統(tǒng)的主流之選。目前永磁同步交流伺服技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化的支撐技術(shù)之一。
本文以瑞薩電子 32位變頻用MCU V850E/IX3 UPD70F3454為例，闡述其在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān)于瑞薩電子UPD70F3454
UPD70F3454是瑞薩電子開發(fā)的用于變頻控制的32位高性能MCU，使用V850核、RISC架構(gòu)、5級(jí)流水線、內(nèi)置DSP功能、最大64MHZ，內(nèi)置256K flash ROM及相關(guān)外圍功能，例如DMA控制器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行接口UART、SPI、IIC，A/D，總線控制器，低壓檢測(cè)，片上調(diào)試等。針對(duì)變頻控制，UPD70F3454提供有2組六相PWM輸出、兩組獨(dú)立的12位AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置比較器和運(yùn)放，兩組編碼器輸入計(jì)數(shù)器，高度集成了伺服電機(jī)控制所需的外圍設(shè)備，并且可以實(shí)現(xiàn)用一個(gè)MCU實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)伺服電機(jī)的控制。
系統(tǒng)原理
1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)：
基于UPD70F3454的伺服控制系統(tǒng)硬件如下圖。主要包括：
⑴、MCU UPD70F3454及其周邊電路，3454為核心控制器，接收外部信號(hào)，判斷系統(tǒng)的工作模式，并轉(zhuǎn)換成逆變器的開關(guān)信號(hào)輸出，隔離后后驅(qū)動(dòng)IPM，EEPROM用于參數(shù)的保存和用戶信息的存儲(chǔ)。RS232模塊負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通信，或者直接通過上位機(jī)發(fā)送速度、方向控制信息；編程、調(diào)試可以通過MINICUBE、MINICUBE2、PG-FP5。
⑵、IPM驅(qū)動(dòng)電路，MCU輸出6相PWM信號(hào)，經(jīng)過光耦隔離傳送、IPM全橋逆變輸出，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作的強(qiáng)電電路。
⑶、電流采樣，系統(tǒng)至少需要采樣兩相電流，如Ia和Ic，采樣電路的信號(hào)經(jīng)3454內(nèi)部AD模塊的運(yùn)放、比較器后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
⑷、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)，由增量式光電編碼器輸出的正交編碼信號(hào)A、B、Z輸入至MCU的TMT模塊，可以判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。
⑸、傳感器信號(hào)的輸入，包括脈沖量輸入、模擬輸入、開關(guān)輸入等及與其他MCU的通信。
圖： 瑞薩電子UPD70F3454伺服控制硬件結(jié)構(gòu)圖
2、特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：
①、精細(xì)的全數(shù)字化控制。采用瑞薩電子 32位專用變頻MCU，64MHZ CPU和PWM操作時(shí)鐘，高精度頻率輸出。
②、低廉的系統(tǒng)成本。UPD70F3454搭載有上電清零、電壓檢測(cè)、穩(wěn)壓器、4個(gè)運(yùn)放、8個(gè)比較器、編碼器接口等豐富外設(shè)資源。
③、豐富周邊功能。5V單電源、外部總線、DMA控制器。
④、提供安全、安心的高端變頻電機(jī)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊有軟件的參考代碼,比如PWM、AD、TMT等模塊，用戶可以很方便的在原系統(tǒng)上進(jìn)行二次開發(fā)。并且有電機(jī)組強(qiáng)大的支持團(tuán)隊(duì)。
UPD70F3454除了高速實(shí)時(shí)響應(yīng)和單時(shí)鐘指令外，還支持乘法指令、飽和運(yùn)算、位操作等為數(shù)字伺服控制系統(tǒng)而優(yōu)化的指令。本文基于UPD70F3454的伺服控制系統(tǒng)，充分利用MCU內(nèi)部資源情況下，電路設(shè)計(jì)簡單、外圍器件少，滿足矢量控制的實(shí)時(shí)要求，實(shí)現(xiàn)伺服的全數(shù)字化的控制。而低成本高性能的MCU控制特性使得該系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用前景。
目前，UPD70F3454已在客戶的通用伺服、紡織機(jī)械、縫紉機(jī)得到普遍應(yīng)用。詳細(xì)的產(chǎn)品資料及技術(shù)支持請(qǐng)聯(lián)系瑞薩電子授權(quán)代理商世強(qiáng)電訊。
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