驱动组的架构和相应职责

驱动组的架构和相应职责

伺服驱动器和步进驱动器一般是由功率驱动板和控制板组成的。所以围绕功率驱动板和控制板一般是将驱动设计分成三部分：

第一部分功率驱动设计也就是我们平常说的电源板的设计。这一部分分成三个单元：A功率变换设计,包括整流滤波逆变如下图所示

这一部分的设计任务是根据电机的功率选择相应的整流桥和适当容量的滤波电容以及电流和电压值符合要求的IGBT,早期逆变部分采用分立的IGBT来构成，还要设计相应的保护和驱动电路，设计的难度和工艺要求都很高，随着IPM 智能功率模块的诞生已经让设计人员从中解放出来了。

B直流母线的检查和电机电流检测

这一部分的设计任务是检测母线电压是否处于正常的范围，即包括是否过压，是否欠压，是否达到电压制动点立即开启制动管等。电流检测主要是将检测到的电机的电流的相位和幅值送给控制板，参与空间矢量的计算以便能够实时的控制好电机的转矩。电流检测有以下几种常用的方法：

1)霍尔传感器法，该方法简洁但是成本很高。

2)线性光耦法，该方法成本很低，但是动态范围较低，只是适合小功率的

驱动器（3.5KW以下）

3)专用芯片，比如IR公司的IR2175,TI公司的AMC1203等，其成本介于上

述二者之间但是也存在动态范围较低。

C开关电源部分

这一部分的设计任务是为整个伺服系统提供电源，电源的质量是整个系统优劣的先决条件，对它有如下要求：

1）抗外界的干扰能力要强

2）本身不能产生太大的干扰

3）电源的纹波要符合相应的要求，特别是用于模拟电路部分的电源一定要

将纹波做好

4）电源的启动特性

5）电压调整范围要达到AC100—280V

6）因为伺服的开关电源输出的路数较多，所以要注意负载的交叉调整率。

第二部分控制电路设计也即是我们平常说的控制板设计其框图如下：

DSP是控制电路的核心部分，CPLD的作用是起辅助功能，是为了提高DSP 的性能减轻DSP的负担而设立的，它还可以用来对DSP作进一步的加密。DSP 主要是用来实现空间矢量的算法，CPLD可以用来做码盘的计数，数字指令的计数，实现硬件报警等。显示接口部分主要是让用户可以通过设置观察驱动器的一些运行参数，是一种简单的人机界面。CNC接口部分主要用来接收CNC发来的指令和将驱动器的一些相关的信息告知CN C。与电源板的接口电路是将控制IPM 的PWM信号发给电源板和接受电源板的各种报警信号，以及接受电机的电流信息。所以控制板的设计人员，不但是要完成相应的硬件电路设计还要完成CPLD 或者FPGA的程序编制。

第三部分软件设计

软件设计人员首先要熟悉控制板的硬件电路，要对电机控制有深刻的认识，要了解本系统中DSP应该承担的任务后画出程序的框图。经过反复讨论修改验

证后画程序的流程图，流程图是对程序框图体现的思想进行实施，细化和落实的一个过程。框图和流程图是在对程序进行谋略和布局，这是非常重要的一步，这一步关系到整个程序的架构是否合理和最优，所以这一步不能犯大的原则性错误，否者整个程序将会前功尽弃，在完成了框图和流程图之后，就是程序的编写过程，在编写程序的过程中也可能会对框图和流程图做一定的修正。

软件部分可以分成两部分，一是参数和显示界面，二是空间矢量和PWM信号生成。下面简要介绍空间矢量(FOC)和PWM信号生成的过程。伺服驱动器通过采用磁场定向的控制原理( FOC) 和坐标变换，实现矢量控制(VC) ，同时结合正弦波脉宽调制(SPWM)控制模式对电机进行控制。

系统控制结构

伺服驱动器控制交流永磁伺服电机(pmsm)伺服驱动器在控制交流永磁伺服电机时，可分别工作在电流(转矩)、速度、位置控制方式下。从上图可以看出，系统是基于测量电机的两相电流反馈(ia、ib)和电机位置。将测得的相电流(ia、ib)结合位置信息，经坐标变化(从a，b，c坐标系转换到转子d，q坐标系) ，得到id、iq分量，分别进入各自得电流调节器。电流调节器的输出经过反向坐标变化(从d，q坐标系转换到a，b，c 坐标系)，得到三相电压指令。控制芯片通过这三相电压指令，经过反向、延时后，得到6路PWM波输出到功率器件，控制电机运行。系统在不同指令输入方式下，指令和反馈通过相应的控制调节器，得到下一级的参考指令。在电流环中，d，q轴的转矩电流分量(iq)是速度控制调节器的输出或外部给定。而一般情况下，磁通分量为零(id=0)，但是当速度大于限定值时，可以通过弱磁(id< 0)，得到更高的速度值。

从a，b，c坐标系转换到d，q坐标系有克拉克（clarke）和帕克（park）变换来是实现；从d，q坐标系转换到a，b，c坐标系是有克拉克和帕克的逆变换来是实现的。