摘 要： 提出了一種基于數(shù)字信號處理器（DSP）的電動履行器把持系統(tǒng)，設(shè)計了相應(yīng)的硬件電路，給出了該把持系統(tǒng)的軟件設(shè)計計劃。實驗表明：以TMS320LF2407A為核心的電動履行器把持系統(tǒng)不僅能夠滿足實時把持的請求，易于實現(xiàn)先進的把持策略，而且設(shè)計計劃電路簡略、可靠性強，具有較高的利用價值。
1 把持系統(tǒng)原理
電動履行器把持系統(tǒng)原理如圖1所示，其中包含主控電路、地位檢測和電流檢測電路、串行通信電路、液晶顯示電路、電機驅(qū)動以及報警與保護電路等。
圖1 電動履行器把持系統(tǒng)原理圖
TMS320LF2407數(shù)字信號處理器是TMS320C2000平臺下的一種定點DSP芯片，它供給了低本錢、低功耗、高性能的處理才能。設(shè)計采用TMS320LF2407作為把持器的核心，充分利用了芯片中的2個事件治理器，完成了地位檢測、電流把持、速度把持、電機運行把持、串行通信、液晶顯示、故障報警等功效。
其把持原理是：通過地位檢測電路獲取當前伺服電機的地位信息，DSP通過對地位信息的處理實時盤算電機的運行速度；由DSP輸出的相觸發(fā)脈沖信號經(jīng)變頻電路驅(qū)動伺服電機。假如系統(tǒng)產(chǎn)生短路、過電壓、欠電壓等故障時，DSP會及時捕捉到故障信號，報警并及時處理故障標題；履行器工作過程中，外接于DSP的I/O口線的EEPROM會定時接收到DSP發(fā)送的電動履行器確當前地位，以便檢測到不同的地位設(shè)定值時，系統(tǒng)可根據(jù)當前地位信息來決定電機的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向。
2 硬件設(shè)計
2.1 電機驅(qū)動電路
設(shè)計中，伺服電機是三相異步電動機，驅(qū)動芯片選用電動機把持專用芯片IR2130，如圖2所示。它帶有3個獨立的高壓側(cè)和低壓側(cè)輸出通道，可輸出6路驅(qū)動脈沖，只需1個直流工作電源，工作頻率可達kHz。邏輯輸進與CMOS或LSTTL輸出兼容，最小可達到15V邏輯電壓。外圍電路中的參考地運行放大器通過外部的電流檢測電位器供給全橋電路電的模仿反饋值，假如超出設(shè)定或調(diào)劑的參考電流值，IR2130驅(qū)動器的內(nèi)部電流保護電路就啟動關(guān)斷輸出通道，實現(xiàn)電流保護功效。浮動通道能夠用來驅(qū)動N溝道功率MOSFET和IGBT，最高電壓可達到600V。功率器件選用IRF630型功率放大器，最大工作電流42A，最大工作電壓100V，具有高效性和高可靠性。
圖2 把持系統(tǒng)驅(qū)動電路原理圖
2.2 地位檢測電路
地位檢測是地位把持的核心，它不僅能夠向把持器供給電機當前的狀態(tài)，而且能夠反應(yīng)出電機的運轉(zhuǎn)速度等信息。更重要的是，把持器需要根據(jù)地位檢測所反應(yīng)出的電機轉(zhuǎn)子地位來把持主電流的導通與關(guān)斷，從而把持電機正常運轉(zhuǎn)。
設(shè)計的地位檢測元件是一個結(jié)構(gòu)簡略、精度高、可靠性高的導電塑料電位器，將履行機構(gòu)的直線或角位移轉(zhuǎn)換為電阻信號。如圖3所示，采用LOC210模仿線性光隔將采集來的信號
轉(zhuǎn)換成模仿電流信號，最后經(jīng)過電壓追隨器輸進到把持器，因而可以準確地檢測地位并且可以方便地對閥門進行零位、滿度及閥門流量特征曲線的定位。
圖3 地位采集電路圖
2.3 電流檢測電路
由于電動機采用電壓PWM斬波工作方法，要通過速度把持天生電流參考值，與電流反饋形成閉環(huán)把持，靠調(diào)節(jié)PWM的占空比把持電流。因此首先要檢測電流值。
霍爾電傳播感器的最大長處是丈量精度高、線性度高、響應(yīng)快速，可以做到電隔離檢測。目前，利用霍爾效應(yīng)檢測電流有直接檢測式和磁場平衡式2種方法。系統(tǒng)采用的是磁場平衡式霍爾電流檢測器（LEM模塊）。這種電傳播感器把互感器、磁放大器、霍爾元件和電子線路集成在一起，具有丈量、反饋、保護三重功效。在電動機運行過程中，關(guān)斷某一相而開通相鄰相的瞬間，關(guān)斷相繞組內(nèi)的電流不會馬上減小到零，所以相鄰相可能同時存在繞組電流。所以要想達到最佳把持后果，應(yīng)在每一相繞組中應(yīng)用一個霍爾電傳播感器，保證每次只能采樣到一相繞組電流?；魻栯妭鞑ジ衅麟娐愤B接如圖4所示。
圖4 電流采集電路圖
2.4 顯示電路
顯示電路是電動履行器把持系統(tǒng)中人機交互部分的重要內(nèi)容之一，以MG12232液晶顯示模塊作為顯示電路的核心元件，其內(nèi)部集成SED1520DAA液晶顯示驅(qū)動芯片。SED1520DAA是屬于行列驅(qū)動及把持合一的小范圍液晶顯示驅(qū)動芯片，內(nèi)含振蕩器，只需外接振蕩電阻即可工作，模塊工作的穩(wěn)固性好。MG12232模塊與DSP的硬件接口電路見圖5。
圖5 DSP與MG12232模塊的接口電路
圖5中，SLA為背光電源，SLK為背光電源地，D0～D7為8位數(shù)據(jù)線，AO為寫進數(shù)據(jù)/寫進命令字選擇端口，R/W為讀寫選擇端，CS1、CS2為液晶顯示屏邊選擇信號，VDD為邏輯電源正端，VSS為邏輯電源負端。由于DSP的邏輯電源為313V，而液晶顯示模塊的邏輯電源為5V，所以采用SN74LVC4245作為連接DSP與液晶顯示模塊的中間環(huán)節(jié)，起到電平轉(zhuǎn)換的作用。
2.5 串行通信接口電路
采用RS-485接口，利用MAX485作為TMS320LF2407的接口驅(qū)動芯片，電路圖見圖6。由于RS-485為半雙工通信結(jié)構(gòu)，因此用一個I/O口來把持器件處于接收或發(fā)送狀態(tài)。
圖6 MAX485 通信接口電路
3 軟件設(shè)計
軟件重要分為2部分：一部分在主程序中實現(xiàn)，包含DSP的系統(tǒng)設(shè)置、事件治理器初始化、常量初始化、使能DSP中斷、電動履行器系統(tǒng)初始化以及啟動后臺服務(wù)程序等功效；另一部分是后臺服務(wù)程序，它是一個簡略的無限循環(huán)程序，一些低優(yōu)先級的過程包含速度盤算、地位更新和液晶顯示等在后臺服務(wù)程序中以查詢狀態(tài)標記的方法被履行。主程序流程見圖7。
圖7 電動履行器把持系統(tǒng)主程序流程圖
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