基于TMS320F2812为控制核心的交流伺服系统硬件设计

贵阳职业技术学院 张吉婷

基于TMS320F2812为控制核心的交流伺服系统硬件设计

贵阳职业技术学院 张吉婷

随着微处理器技术、电力电子技术、电机制造技术和现代控制理论的发展，交流伺服系统的应用越来越广。本文控制电路的核心为TMS320F2812，功率驱动电路的核心为FSBB20CH60，完成了交流伺服系统硬件的设计，包括电流采样及故障保护在内的硬件部分电路，具备了设计合理、结构紧凑、控制精确等优点。

交流伺服系统；数字信号处理器；采样电路；故障检测保护

引言

随着微处理器技术和伺服技术的迅猛发展，伺服驱动控制技术进入了交流全数字式的时代。本文设计了基于TMS320F2812为控制核心的交流伺服控制系统，为今后对交流伺服系统的深入研究打下基础。

1 交流伺服系统结构

交流伺服控制系统主要由主控制电路、启动电路、信号检测电路、故障信号逻辑保护电路、I/O接口电路、供电电路等部分组成，如图1所示。

图1 交流伺服系统硬件框图

图2 系统启动电路图

2 硬件电路部分

2.1 TMS320F2812处理器

TMS320F2812（简称DSP2812）是TI公司推出的基于TMS320C28×内核的高性能32位定点数字信号处理器，它专门为电机控制设计[2]。其特点主要有：低功耗、处理数据速度快、内存容量大还有多样化的数据接口等。

在图1中，TMS320F2812控制器主要负责控制模、数信号的转换，对转子位置进行检测，通过PID控制来调节电流和速度。驱动智能功率模块(IPM)时，控制器利用空间矢量算法得到PWM控制信号后，经由光耦传感电路驱动IPM。

系统一旦出现故障时，检测电路检测到故障信号后立即传递给控制器，可以立即处理故障信号，并封锁PWM控制信号的输出，实现保护作用。

图3 电流采样电路图

图4 转子位置检测电路图

2.2 基于FSBB20CH60的功率模块

FSBB20CH60是飞兆公司设计开发的智能功率模块（IPM）。该模块热阻极低，采用600V-15A三相IGBT逆变器，内置门极驱动和功率器件保护用控制集成电路，提供了无需光耦的单电源IGBT门极驱动能力[3]。

2.3 启动电路

为避免电路刚启动时有很大的瞬时电流，减少对功率驱动部分的冲击，设计了启动电路。在电路通电时，通过光耦元件的关断和继电器动作时的体现的继电特性来缓冲对电路的冲击，如图2所示。

2.4 信号检测单元设计

信号检测电路是交流伺服控制系统的闭环控制必不可少的环节，是控制系统的电流和速度信号反馈回路。本硬件设计的信号检测单元主要有电流采样电路、永磁电机转子位置转速检测等电路。

2．4．1 电流采样电路

为了简化采样过程，交流永磁同步电机定子电流信号的采集可以充分利用自身联接的特点来进行。采用星形接法时，要得到三相定子电流信号只需要利用电流传感器采集定子三相电流中的两相即可。采集到定子电流信号之后，传感器输出采样电流信号，转换为电压信号，最后输出到DSP2812的模／数转换部分进行算法控制，如图3所示。

2．4．2 转子位置检测电路

在伺服控制系统在运行过程中，为实时判断电机转速是否正常，防止电机转速失常引起损坏的现象，需要实时检测获知转子的转速信息。在速度控制时，进行矢量控制算法运算，通过采集位置信息进行转速计算。

本系统采用了自带增量式光电编码器的永磁电机进行位置检测，并采用衰减小、抗干扰能力强的TTL方波长线差分驱动方式，可传输较远的距离[4]。编码器信号通过长线驱动器SN75175D将差分信号转化为单路信号传入DSP。如图4所示。

2.5 故障检测和保护单元设计

2．5．1 过压失压保护电路

过压失压保护电路实时检测系统中电压信号的状态。当电压出现异常时该电路立即将故障信息传递给控制器，从而及时处理，实现保护系统安全。

2．5．2 故障保护电路

检测电路检测到异常的电流或电压信号时，立刻传递给控制器进行处理。产生的所有的故障保护信号，经光耦元件隔离干扰信息后，通过与门的逻辑运算判断出高低电平再输出到DSP。PWM信号立刻封锁，保护整个系统。所有的故障信号低电平有效，正常情况下均处于高电平状态。当发生故障时PDPINTA引脚电平被拉低，所有PWM输出都被置为高阻状态，保障系统安全。统具有广泛的实用价值，非常适合应用于电机控制领域。

[1]崔凤波．伺服技术的应用与发展趋势[J]．机电设备,2007, 24(4):5-8．

[2]苏奎峰,蔡昭权,吕强等．TMS320F281XDSP应用系统设计[M]．北京:北京航空航天大学出版社,2008:56．

[3]邵明双,孙军．变频空调中基于FSBB20CH60的高性能功率模块设计[J]．工业控制与应用,2006,25(1):28-31．

[4]习勇．基于DSP的永磁交流伺服系统的设计与研究[D]．华中科技大学硕士学位论文,2008．

[5]袁秀平,李鹤一,方祖华,徐宏兵等．基于TMS320F2812的数字交流伺服驱动器的设计[J]．机床与液压,2009,37(9):182-184．

3 结论

本文在设计的以TMS32F2812为核心的交流伺服控制系

张吉婷（1987—），女，贵州贵阳人，硕士研究生，研究方向：嵌入式系统。