-4-小功率伺服硬件設(shè)計(jì)淺析李鵬（深圳市中科伺服科技有限公司深圳廣東518000）【摘要】本文討論一種輸出電流為5.5A的小功率交流永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件構(gòu)成。首先詳述了主控器件資源分配，其次給出了實(shí)現(xiàn)伺服電流控制環(huán)的逆變與信號(hào)隔離電路、電流反饋電路，再次給出了實(shí)現(xiàn)伺服位置/速度控制環(huán)的脈沖信號(hào)采集電路、增量式編碼器信號(hào)采集接口電路，最后給出了實(shí)現(xiàn)伺服功能配置與輔助的RS485通訊接口的電路、數(shù)字輸入輸出接口電路?！娟P(guān)鍵詞】脈沖信號(hào)采集；伺服驅(qū)動(dòng)器硬件；編碼器接口電路Low-powerservodrivehardwaredesignLipeng（ShenzhencastdservoTechnologyCo.,Ltd.ShenzhenGuangdong518000）【Abstract】Thisarticleisintendedtodiscussahardwareof5.5AoutputcurrentofsmallpowerPMSMservodrive.Firstly,wedescribemaindeviceresourceallocationindetails;Secondly,wegiveimplementationoftheservocurrentcontrolloopcontravariance,signalisolationcircuitandcurrentfeedbackcircuit;Thirdly,wegiveimplementationofservoposition/speedcontrolloopofpulsesignalacquisitioncircuitandincrementalencodersignalacquisitioninterfacecircuit.FinallywegiveimplementationofservofunctionconfigurationandauxiliaryRS485communicationinterfacecircuitanddigitalinput/outputinterfacecircuit.【Keywords】Pulsesignalacquisition;Servodrivehardware;Encoderinterfacecircuit1概述：本設(shè)計(jì)硬件由一塊電路板組成，主控單元包括了主控器件、存儲(chǔ)芯片。電流環(huán)電路包括了整流單元、輔助電源、逆變單元、逆變單元驅(qū)動(dòng)電路、電流反饋檢測(cè)單元，位置/速度環(huán)電路包括編碼器信號(hào)采集單元、指令脈沖信號(hào)采集單元，其它包括數(shù)字IO接口單元、制動(dòng)單元、通迅單元。由于整流與輔助電源部分與其它馬達(dá)控制產(chǎn)品類似，本文不再做過多討論。2主控器件與功能配置：主控器件選用TMS320F28232作為控制核心，其3.電流反饋電路電流反饋是伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)環(huán)的反饋環(huán)節(jié)，主要用于調(diào)節(jié)輸出電流的大小和相位，力矩控制的精度完全取決于反饋環(huán)節(jié)的精度。本設(shè)計(jì)電流采樣利用精密電阻采樣，然后通過線性光耦7840隔離采樣，最后通過運(yùn)算放大器放大。電流采樣電阻為8mΩ，額定電流為5.5A時(shí)運(yùn)放電路如圖3-3所示：圖3-3運(yùn)算放大電路輸入信號(hào)：[-1.75V,+1.75V]輸出信號(hào)：[0,3V]函數(shù)關(guān)系：y=0.857*x+1.5對(duì)應(yīng)輸入電流的有效值：[-19.3A，+19.3A]，即相對(duì)額定電流為3.51倍。濾波時(shí)間常數(shù)為：6.8K//5.1K*1nF+10K*0.1nF=3.9us忽略運(yùn)放帶寬的影響，則該電路的傳遞函數(shù)為：（3-1）4位置/速度控制環(huán)電路4.1指令脈沖接收電路指令脈沖是在位置控制中接收外部脈沖給定的，屬于隨動(dòng)控制接口,用QEP2實(shí)現(xiàn)了不同脈沖形態(tài)的讀取。該指令信號(hào)接收電路需滿足接收0~500kHz的輸入信號(hào)，接口電路如圖4-1。圖4-1脈沖信號(hào)接收電路4.2位置/速度反饋脈沖接收電路位置和速度信號(hào)的反饋是通過與電機(jī)轉(zhuǎn)子剛性連接的正交式光電編碼器實(shí)現(xiàn)的，光電編碼器信號(hào)通過濾波電路進(jìn)入差分轉(zhuǎn)單端芯片DS26LV32A，再通過DS26LV32A的輸出口連接到DSP的Eqep接口和CAP接口，實(shí)現(xiàn)位置信息和速度信息采集。濾波電路如圖4-2所示，采集電路如圖4-3所示：圖4-2正交編碼器接口前置濾波電路圖4-3正交編碼器接口5其它外設(shè)電路其它接口功能利用DSP外設(shè)特性實(shí)現(xiàn)，通過GPIO實(shí)現(xiàn)DIDO讀取與輸出；通過SPI實(shí)現(xiàn)菜單及鍵盤的人機(jī)交互功能；通過SCI實(shí)現(xiàn)RS485總線通訊接口，用于與外部設(shè)備信息交換；通過GPIO實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子初始相位讀取。5.1數(shù)字IO接口單元普通數(shù)字輸入口只需要接收0~5kHz的信號(hào)，輸入接口電路如圖5-1，輸出接口電路如圖5-2所示。圖5-1DI接收電路圖5-2DO輸出電路5.2通迅單元本文只討論最常用到的RS485通訊接口，RS485接口常用于PLC與伺服系統(tǒng)之間的通信，用DSP串行數(shù)據(jù)接口SCI實(shí)現(xiàn)，SCI模塊支持標(biāo)準(zhǔn)格式的異步外設(shè)。RS485驅(qū)動(dòng)芯片采用AD483E。接口電路設(shè)計(jì)如圖5-3所示。圖5-3RS485接收和發(fā)送電路6總結(jié)交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器硬件的實(shí)現(xiàn)方式很多，本設(shè)計(jì)只是其中一種，就主控器件而言，DSP只是其中一種，現(xiàn)在有很多基于ARM核的單片機(jī)和FPGA也同樣可以實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)器控制。FPGA純硬件實(shí)現(xiàn)伺服控制算法，相比之下，F(xiàn)PGA具有更加快速的計(jì)算能力，更加靈活的接口配置能力，特別是在通信總線等信號(hào)處理上能更加靈活和方便。還有一種稱之為IPDM的電子器件，將數(shù)字信號(hào)處理器嵌入到了功率組件內(nèi)部，形成了單芯片的驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)用中其電路異常簡單