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32位MCU在伺服电机中的应用

: EDN China?? 2010年11月29日 ?? 收藏0

  在伺服系统中,由于交流永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制,调速范围宽广、动态特性和效率都很高,已经成为伺服系统的主流之选。目前永磁同步交流伺服技术已成为工业自动化的支撑技术之一。

  ? UPD70F3454是瑞萨电子开发的用于变频控制的32位高性能MCU,使用V850核、RISC架构、5级流水线、内置DSP功能、最大64MHZ,内置256K flash ROM及相关外围功能,例如DMA控制器,定时器/计数器,串行接口UART、SPI、IIC,A/D,总线控制器,低压检测,片上调试等。针对变频控制,UPD70F3454提供有2组六相PWM输出、两组独立的12位AD转换器,内置比较器和运放,两组编码器输入计数器,高度集成了伺服电机控制所需的外围设备,并且可以实现用一个MCU实现对两个伺服电机的控制。

  系统原理

  1、系统硬件结构:

  基于UPD70F3454的伺服控制系统硬件如下图。主要包括:

  ⑴、MCU UPD70F3454及其周边电路,3454为核心控制器,接收外部信号,判断系统的工作模式,并转换成逆变器的开关信号输出,隔离后后驱动IPM,EEPROM用于参数的保存和用户信息的存储。RS232模块负责与上位机进行通信,或者直接通过上位机发送速度、方向控制信息;编程、调试可以通过MINICUBE、MINICUBE2、PG-FP5。

  ⑵、IPM驱动电路,MCU输出6相PWM信号,经过光耦隔离传送、IPM全桥逆变输出,驱动伺服电机工作的强电电路。

  ⑶、电流采样,系统至少需要采样两相电流,如Ia和Ic,采样电路的信号经3454内部AD模块的运放、比较器后进行模数转换。

  ⑷、转子位置检测,由增量式光电编码器输出的正交编码信号A、B、Z输入至MCU的TMT模块,可以判断电机转子的位置和电机转速信号。

  ⑸、传感器信号的输入,包括脉冲量输入、模拟输入、开关输入等及与其他MCU的通信。

32位MCU在伺服电机中的应用  

  图: 瑞萨电子UPD70F3454伺服控制硬件结构图

  

  2、特点及优势:

  ①、精细的全数字化控制。采用瑞萨电子 32位专用变频MCU,64MHZ CPU和PWM操作时钟,高精度频率输出。

  ②、低廉的系统成本。UPD70F3454搭载有上电清零、电压检测、稳压器、4个运放、8个比较器、编码器接口等丰富外设资源。

  ③、丰富周边功能。5V单电源、外部总线、DMA控制器。

  ④、提供安全、安心的高端变频电机评价系统,对系统各个模块有软件的参考代码,比如PWM、AD、TMT等模块,用户可以很方便的在原系统上进行二次开发。并且有电机组强大的支持团队。

  UPD70F3454除了高速实时响应和单时钟指令外,还支持乘法指令、饱和运算、位操作等为数字伺服控制系统而优化的指令。本文基于UPD70F3454的伺服控制系统,充分利用MCU内部资源情况下,电路设计简单、外围器件少,满足矢量控制的实时要求,实现伺服的全数字化的控制。而低成本高性能的MCU控制特性使得该系统具有很好的应用前景。

  


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