基于单片机的直流伺服驱动器

技术分类: 嵌入式系统  | 2005-11-28
来源:凌阳单片机推广中心



       系统工作流程:  

       SPMC75F2313A接受来自各种控制接口的控制信息,并转换成相应的电机控制信息。

       SPMC75F2313A内部的电机驱动模块依据控制信息和电机本身反馈的状态信息产生PWM驱动信号,经MOSFET功率放大后驱动电机运行。同时,内建的保护电路随时监示系统状态,一旦系统异常,保护电路会立即动作,保护整个系统不会异常情况而损坏,同时提醒用户检查。

       4 系统硬件设计  

       系统驱动部分的电路原理图如图 4-1。电路由主控MCU核心(SPMC75F2313A)、功率驱动电路(IRF540组成的功率桥)、MOSFET驱动保护电路、霍尔电流传感电路、增量编码器接口电路和DC/DC电源变换电路几部分构成。其中SPM C75F2313A主要实现电机驱动所需PWM信号的产生、系统控制、人机接口等控制功能。  

系统驱动部分的电路原理图

                                                                             4-1

       驱动电机所需的四路PWM信号由SPMC75F2313A内部的MCP定时器产生,信号由芯片的IOC端口输出,经栅极驱动电路后驱动功率MOSFET(IRF540)。PWM信号经IRF540功率合成后输出驱动直流伺服电机。  

       霍尔电流传感器提供实时的电机工作电流信号,电流信号经SPMC75F2313A内部的ADC模块AD转换后供给电机驱动模块使用。  



       增量编码器接口使用SPMC75F2313A内部的PDC定时器实现,为SPMC75F2313A内部固化的电机驱动模块提供位置和速度信息,从而完成系统的速度和位置控制。  

       系统保护电路由SPMC75F2313A内部MCP定时器的硬件保护逻辑和外部保护电路两部分组成。保护电路会时刻监测系统工作状态,一旦系统异常(过压、欠压、过流、过载等情况),保护电路会立时拉低MCP定时器的错误保护输入端(IOC9),SPMC75F2313A内部的驱动硬件会立即禁止所有PWM输出(变为高阻态),关断所有功率器件,确保系统不会因这些异常情况而损坏。同时申请中断,请求CPU对相应的事件进行处理。 由于其它模块属于通常的一些模块,此处不再详述。

       5 系统软件设计  

       整个系统软件分为三部分:  

       1. 伺服电机的核心驱动模块,这部分主要是产生电机驱动所用的PWM信号和相应的控制环路;  

       2. 系统控制程序;  

       3. 人机接口界面程序;  

       电机的核心驱动模块的结构如图 5-1所示,模块使用经典的三环位置伺服结构。整个驱动模块分为位置调节器、速度调节器、电流调节器、位置计算、速度计算和电流反馈几部分构成。每个环节均使用改进的增量PID调节器(结构根据各个环路的特点而有不同),电流环的反馈速度为0.05ms,速度环的反馈速度为1ms,位置环的反馈速度10ms。
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