永磁同步交流伺服電機(jī)

原創(chuàng) 作者 電機(jī)控制 2019-11-11 10:54:00 RT1052 永磁同步交流伺服電機(jī)方案

運(yùn)動(dòng)控制、精密控制是目前眾多行業(yè)設(shè)備的新增需求,為了使這些設(shè)備能以最佳的性能去工作,采用改良的新型馬達(dá)控制技術(shù)是關(guān)鍵所在。能效的提高是趨勢(shì)所向,新技術(shù)同時(shí)還能帶來更多的優(yōu)勢(shì),如實(shí)現(xiàn)更加平穩(wěn)的工作,大幅度降低噪聲水平。眾多制造商正在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),馬達(dá)市場正在被更加高效的方案替代,如直流無刷(BLDC)和永磁同步電機(jī)(PMSM)。


近年來,采用全數(shù)字控制方法,以永磁交流電機(jī)為控制對(duì)象的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng),正在逐漸取代以直流電機(jī)為控制對(duì)象的直流伺服系統(tǒng)和采用模擬控制技術(shù)的模擬式交流伺服系統(tǒng)。全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)采用矢量控制方法,可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的控制品質(zhì)。

利用NXP最新發(fā)布的i.MXRT1052高性能處理器,可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)運(yùn)行的位置、速度和電機(jī)電樞電流的高精度控制,該產(chǎn)品完美融合了低功耗應(yīng)用處理器和高性能微控制器的優(yōu)勢(shì)。i.MXRT系列是業(yè)界首款跨界處理器,以實(shí)惠的價(jià)格提供超高性能Arm? Cortex?-M內(nèi)核、實(shí)時(shí)功能和MCU可用性。

i.MXRT1052高性能處理器


一、飛凌FET1052-C特點(diǎn)


1、i.MXRT1052特點(diǎn)


運(yùn)行更快,響應(yīng)更快

■ 采用Cortex-M7架構(gòu),主頻528MHz,CoreMark 3020 /1284 DMIPS;

■ 512KB緊耦合內(nèi)存,中斷延遲低至20ns;

■ 行業(yè)最低的動(dòng)態(tài)功耗,帶集成DC-DC轉(zhuǎn)換器。

i.MXRT1052特點(diǎn)



擴(kuò)展更強(qiáng),接口更多

■  核心板引出多達(dá)124個(gè)GPIO,原生支持LCD、Camera、USB、UART、CAN、Ethernet、 PWM等功能接口。

iMXRT1052接口資源



數(shù)據(jù)加密,工業(yè)品質(zhì)

■  高可靠性引導(dǎo)(HAB),帶實(shí)時(shí)QSPIFlash解密,128位AES加密和真隨機(jī)數(shù)生成 器,板卡設(shè)計(jì)充分考慮信號(hào)完整性,保證最佳的電氣性能,-40-85℃溫度標(biāo)準(zhǔn) 保證在嚴(yán)酷環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

RT1052工業(yè)品質(zhì)

二、飛凌FET1052-C方案展示


方案整體框圖

RT1052控制器



■ RS232通訊接口電路用于PC機(jī)與FET1052-C核心板通訊的電平轉(zhuǎn)換;

■ 速度模擬控制輸入接口電路用于速度控制信號(hào),以模擬的方式輸入;

■ LCD顯示電路用于LCD顯示速度、人機(jī)交互等信息;

■ 光電碼盤接口電路用于光電碼盤與i.MXRT1052的連接;

■ 電流檢測(cè)電路用于U和V相電流的檢測(cè);

■ 驅(qū)動(dòng)、隔離電路用于隔離驅(qū)動(dòng)逆變電路。


電流檢測(cè)電路

i.MXRT1052支持兩個(gè)高精度AD轉(zhuǎn)換控制器,每個(gè)控制器支持16個(gè)通道。

高達(dá)12bit分辨率的線性逐次逼近算法,1MS/S的采樣速率,支持中斷與輪訓(xùn)方式采樣,可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的三相電壓采樣,無需進(jìn)行相位補(bǔ)償。但由于是單極性,所以對(duì)交流采樣時(shí)要加提升電路,使交流信號(hào)電壓范圍在0V~3.3V之間。本方案中使用了3路A/D轉(zhuǎn)換輸入,分別為2路電流檢測(cè)和1路模擬信號(hào)輸入采樣。電流檢測(cè)就是把交流電機(jī)的兩相定子電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼,以方便處理。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是三相平衡系統(tǒng)IA+IB+IC=0,因此只要檢測(cè)其中兩路電流,就可以得到三相電流。由于霍爾元件輸出的是弱電流信號(hào),因此,應(yīng)將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),然后經(jīng)過濾波加法處理,由于霍爾電流傳感器的輸出的是有正負(fù)方向的電流信號(hào),而i.MXRT1052片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器為單極性輸入為0~3.3V的電壓信號(hào),因此要有電壓偏移電路。



光電碼盤接口電路

i.MXRT1052支持四路正交解碼器(ENC),利用來自位置/速度傳感器的5個(gè)輸入信號(hào)(PHASEA,PHASEB,INDEX,TRIGGER和HOME),正交解碼器模塊對(duì)軸位置,轉(zhuǎn)數(shù)和速度進(jìn)行解碼,正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器,以獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)械的位置和速率等信息。

i.MXRT1052支持四路正交解碼器



驅(qū)動(dòng)隔離電路

可使用由IR公司所生產(chǎn)的IR2132來驅(qū)動(dòng)G4PH50UD-E(IGBT),構(gòu)建成三相逆變器。因?yàn)閕.MXRT1052所產(chǎn)生的PWM波形頻率比較高,用一般的低速光耦會(huì)使得驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)時(shí)間變長,在低速,小負(fù)載時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響到電機(jī)的低速性能,所以可選用高速光耦,有效提高逆變器的快速性。

i.MXRT1052最高支持32路PWM輸出,包含PWM子模塊,每個(gè)子模塊都設(shè)計(jì)為控制單個(gè)半橋功率級(jí)。提供故障通道支持。該P(yáng)WM模塊可以產(chǎn)生各種開關(guān)模式,包括高度的復(fù)雜的波形。支持控制所有已知的電機(jī)類型,也是控制不同開關(guān)模式電源(SMPS)拓?fù)涞睦硐脒x擇。



RS232通訊、顯示電路

i.MXRT1052最高支持8路UART、2路CAN接口,方便擴(kuò)展其他功能應(yīng)用;支持8/16/24位LCD接口,支持最大1366×768分辨率,支持4.3、7寸電阻觸摸,支持8/16-bitMPU/8080接口。支持2D圖形加速引擎,支持emWIN圖形界面;飛凌嵌入式OK1052-C開發(fā)板支持裸機(jī)、FreeRTOS、ucLinux操作系統(tǒng)開發(fā),方便客戶不同場合的產(chǎn)品應(yīng)用。

MCU模式支持Keil、IAR、ARM-GCC等編譯器,同時(shí)還支持Amazon FreeRTOS、SDK、ARM mbed以及軟件庫、在線工具和相應(yīng)支持的全球ARM生態(tài)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)快速原型制作和開發(fā)。 MPU模式依然采用工程師最為熟悉的Ubuntu+GCC開發(fā)方式。


三、FET1052-C核心板分為兩種配置

RT1052核心板分為兩種配置

本次方案充分展示了FET1052-C在電機(jī)控制方面突出的性能優(yōu)勢(shì)以及接口豐富程度,兩個(gè)PMSM電機(jī)控制方案可以參考發(fā)布在NXP官網(wǎng)的應(yīng)用筆記AN12200(Dual  FOC  Servo  Motor  Control  on  i.MXRT)。




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