SIEMENS临沂市西门子中国总代理商-西门子变频器伺服电机总代理
驱动系统性能由多个方面决定,例如控制架构、电机设计、功率电路、反馈传感器和控制处理器。面对日益提高的驱动性能、灵活性和成本要求,以及模拟和数字电子控制元件的进步,控制架构在不断发展。基于模拟电路的传统伺服控制已被使用嵌入式处理器的数字控制所取代。另外,CNC的速度指令信号原先是精密模拟信号,现已变为数据包通过实时(RT)工业网络发送。因此,除了控制和功率电路以外,现代伺服驱动系统还包括通信接口。
驱动系统永远存在的电路设计挑战是如何将高压功率电路与用户连接的控制和通信电路安全地隔离。有一个常见架构可降低逆变器信号隔离困难,即功率电路与控制处理器接地直连,控制处理器与通信接口之间使用隔离栅。伺服驱动应用更常见的架构选择是将安全隔离栅放在功率级与控制处理器之间,而控制处理器与通信接口直连。还有一种不那么常见的架构,即把安全隔离栅分散在功率、控制和通信之间。这会降低每个隔离栅的隔离标准要求,而且可以缩小系统的整体尺寸。
图3显示了一个隔离控制架构实例,其中逆变器栅极驱动、电压反馈和电机电流反馈信号与控制处理器相隔离,但直连位置反馈传感器、用户和通信接口。这种架构不仅为控制电路提供安全隔离,还能抑制高压开关电源逆变器所产生的电路噪声。电机电流反馈由绕组分流器和隔离式Σ-Δ调制器产生,这些调制器提供增益匹配、非常低的失调和非常高的线性度。完整的电流反馈信号路径还包括控制处理器,其上的可编程sinc3滤波器还具有输出短路检测功能。模拟信号隔离器提供逆变器总线电压隔离,此信号由嵌入式采样ADC获得。控制处理器上的正交编码器外设(QEP)支持简单的数字编码器接口,但带插值电路的更高分辨率编码器通常使用高速串行接口,以便按需发送位置和速度信息。
图3. 采用隔离式控制架构的双轴电机控制系统,使用ADSP-CM408混合信号ASP和AD7403隔离式调制器
上例中的实时(RT)以太网接口由一个FPGA电路提供,以便能够灵活地支持自动化市场上的多种工业网络协议。FPGA管理来自网络的实时数据包,而控制处理器则具备带宽和存储器来支持协议栈的管理。许多此类协议支持抖动要求小于1 μs的同步实时控制,这会给通信接口带来非常重的处理负担。如前所述,这种对伺服驱动同步的要求,与伺服驱动性能一样重要。在现代自动化机加工系统中,为了实现高生产率和高质量成品,以上二者bukehuoque。自动化系统的一个新兴趋势是利用单个处理器控制两到三个伺服电机并依赖单个实时通信接口。现在,高速专用信号处理器(ASSP)便支持这种趋势,例如ADPS-CM408,其包括一个高速浮点内核和多组电机控制与通信外设。
工业电机驱动应用展现出来的多种多样的架构,突出说明了许多重要的电机驱动系统设计挑战仍然存在这一事实。随着可用控制处理和传感器反馈信号带宽的增加,自动化行业对更高精度和动态响应的需求不断提高。新材料、传感器、控制、通信电路架构,甚至更多的算法和软件,很可能会继续满足自动化生产行业对更高生产率和更高质量的需求。
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