一种基于DSP的全数字交流伺服系统的制作方法

本实用新型涉及伺服系统领域，具体涉及一种基于DSP的全数字交流伺服系统。

背景技术：

在工业控制领域，由于半导体、材料及制造技术的进步，伺服控制技术也越来越成熟可靠。微处理器是交流伺服系统的核心，机型的选择往往直接影响系统的控制功能和效果。适用于交流伺服系统的微处理器通常有单片机和数字信号处理器即DSP两种。一般来说，单片机是面向控制的，在片内集成了较多的I/O接口和外围部件，但运算速度比较慢；DSP面向快速信号处理的，运算速度比同一时期的单片机要快1-2个数量级。然而现有的基于DSP处理芯片的交流伺服系统由于缺少相应的安全检测和控制电路，当出现过压、过流或者过载时极易发生伺服电机出现损坏的现象，而往往伺服系统出现故障时极难检测故障的发生部位，且现有的伺服系统仍然存在功能单一、操作复杂、集成化程度较低的问题。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述问题，设计了基于DSP的全数字交流伺服系统，该伺服系统集成化程度更高、操作简单且控制精度更高，同时该系统增加的故障检测和保护电路有效地保证了其运行的安全性，提高了系统的稳定性。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于DSP的全数字交流伺服系统，包括功率驱动模块和控制模块，其特征在于：所述功率驱动模块包括开关电源和主回路，主回路包括三相整流器、泵升电路、IPM逆变器、交流永磁同步电机和光电编码器，IPM逆变器内部集成驱动电路和故障检测和保护电路；

所述控制模块包括DSP核心控制电路、编码器反馈电路、电流采样电路和外围接口电路，DSP核心控制电路的核心控制单元为DSP控制芯片，所述DSP控制芯片设有GPIO输入输出接口、ADC模数转换接口、EQEP接口、EPWM模块、SPI串行外设接口、JTAG接口和SCI串行通信接口；

DSP控制芯片通过SCI串行通信接口与上位机连接，通过JTAGA与仿真器连接，通过SPI串行外设接口与拓展内存EEPRCOM和信号采集电路连接，通过GPIO输入输出接口与故障检测和保护电路连接，通过EPWM接口与IPM逆变器连接，通过ADC模数转换接口与电流采样电路连接，通过EQEP接口与光电编码器连接，光电编码器与交流永磁同步电机连接，三相整流器通过泵升电路与IPM逆变器连接，IPM逆变器与交流永磁同步电机连接；

进一步的，所述的IPM内部的故障检测和保护电路包括过压检测电路、过流检测电路和IPM故障检测电路，所述过压检测电路由比较器和光耦隔离器组成，所述过流检测电路由不控整流器、差分放大器、施密特触发器和光耦隔离器组成，IPM故障检测电路由光耦隔离器和三极管组成。

进一步的，所述的DSP控制芯片采用型号为TMS320F2808芯片。

本实用新型的有益效果是：该伺服系统集成化程度更高、操作简单且控制精度更高，同时该系统增加的故障检测和保护电路有效地保证了其运行的安全性，提高了系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种基于DSP的全数字交流伺服系统的结构原理图；

图2是所述的过流检测电路的电路结构图；

图3是所述的过压检测电路的电路结构图；

图4是所述的泵升电路的电路结构图；

图5是所述的PIM故障检测电路的电路结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-交流永磁同步电机，2-光电编码器，3-DSP控制芯片，4-三相整流器，5-泵升电路，6-IPM逆变器，7-故障检测和保护电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1所示，一种基于DSP的全数字交流伺服系统，包括功率驱动模块和控制模块，所述功率驱动模块包括开关电源和主回路，主回路包括三相整流器(4)、泵升电路(5)、IPM逆变器(6)、交流永磁同步电机(1)和光电编码器(2)，IPM逆变器(6)内部集成驱动电路和故障检测和保护电路(7)；

本实施例中的DSP控制芯片(3)采用TI公司生产的TMS320F2808芯片，DSP控制芯片(3)构成了伺服系统控制器的核心控制单元，其主要完成模拟指令的接收转换，交流永磁同步电机(1)的定子电流AD采样，电机角度、转速以及位置的计算，复杂控制算法的实现，PWM驱动信号的产生，故障信号的检测与系统故障的处理，外部控制信号的接收，以及与串行外设的通讯控制。

本实施例中的光电编码器(2)采用2500p/rev的增量式光电编码器，它输出两相正交的方波脉冲信号(A、B)和零位脉冲(Z)三路脉冲信号，从A、B两相脉冲的脉冲个数和相位超前关系可以得到交流永磁同步电机(1)的位置偏移量。

图2所示为过流检测电路，该电路可将两相电流经过采样电阻产生对应的电压信号，再经过不控整流器、差分放大器、带回差的施密特触发器和光耦隔离器转换电路得到过流信号，一旦主回路发生电流过流现象是，过流信号与其他故障信号经过CPLD综合后，直接传输至DSP控制芯片(3)封锁PWM信号，同时报警。

图3所示位过压检测电路，Vref是母线电压按照1:10的比例缩小的电压值，当母线过压30％时，Vref与+15V分压后的参考电压通过比较器比较，比较器输出低电平，光耦隔离器导通，从而在OU处输出低电平；OU与其他故障型号经过CPLD综合后，直接通知DSP控制芯片(3)封锁PWM信号并报警。

参照图4所示，本实施例中的IPM逆变器(6)采用FSBB30CH60，当IPM逆变器(6)存在欠压、过热、过流或短路等故障时，故障检测和保护电路电路(7)的FO输出故障引脚会拉低有效。由于FSBB30CH60允许FO引脚灌电流典型值为5mA，而一般光耦隔离器正向导通电流为十几毫安，古电路中加入三极管以减小灌电流。

参照图5所示，泵升电路(5)由一个制动电阻和一个开关管组成，当交流永磁同步电机(1)减速或刹车而处于能耗制动工作时，母线电压会上升，当母线电压过高时打开开关管，通过功率电阻快速放电，降低母线电压以保护主电路。

电网电压经过三相整流器整流(4)后变成直流，然后经过滤波后输入IPM逆变器(6)，并由IPM逆变器(6)输出到交流永磁同步电机(1)，通过外部向DSP控制芯片(3)输入模拟指令以驱动交流永磁同步电机(1)完成指令时，同时光电编码器(2)将交流永磁同步电机(1)的位置和速度信息反馈至DSP控制芯片(3)以便对于交流永磁同步电机(1)的姿态进行调整和控制；而IPM逆变器(6)集成的故障检测和保护电路(7)与DSP控制芯片(3)连接，DSP控制芯片(3)可随时监测三相电源的信息，当出现过压或过流时终止伺服系统运行并发出警报，防止伺服系统出现损坏而造成严重损失。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。