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DM大民激光切割機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
閱讀：126 發(fā)布時(shí)間：2023-6-151、DM大民激光切割機(jī)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)：
伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)通常由電流控制器、速度控制器、位置控制器、PMM控制等部分組成。本系統(tǒng)采用RMCK201專用運(yùn)動控制芯片,用硬件實(shí)現(xiàn)電流控制器、速度控制器、正交解碼脈沖電路和PWM控制等功能,極大提高了系統(tǒng)的運(yùn)算速度,減小了編程任務(wù)。本系統(tǒng)主電路由整流電路、濾波電路、智能功率模塊IPM和永磁同步電機(jī)等構(gòu)成,控制電路包括PLC16F877A和RMCK201及其外圍電路,輔助電路包括位置速度檢測電路、故障檢測電路等。單片機(jī)與RMCK201搭建的伺服驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示
1.1、運(yùn)動控制芯片 IRMCK201:
IRMCK201是一個完整的交流伺服電機(jī)控制IC,是國際整流器集成電路公司設(shè)計(jì)的專用運(yùn)動控制芯片,實(shí)現(xiàn)了高性能伺服驅(qū)動系統(tǒng)的閉環(huán)電流和閉環(huán)速度控制,包括基于編碼位置反饋接口基礎(chǔ)上的正弦交流電流閉環(huán)控制、速閉環(huán)控制的邏輯控制單元模塊、模擬和數(shù)字I/○接口,以及豐富的可配置外圍器件。主機(jī)通信邏輯除了支持RS232或RS422標(biāo)隹通信端口,—個8位寬的主機(jī)并行接口,還有一個快速的從屬SP嗵通信接口,所有通信端口對主機(jī)設(shè)置相同的接入能力,即所有的通信端口都具有相同的訪問主寄存器的能力,但RS232或RS422通信協(xié)議的優(yōu)先級比較低,使用時(shí)需屏蔽其他協(xié)議。用戶可以通過這些通信端口從預(yù)定義的寄存器寫入和讀取配置和監(jiān)視驅(qū)動器此外,IRMCK201不同于傳統(tǒng)的微控制器或數(shù)字信號處理器,其不需要任何編程來完成復(fù)雜的交流伺服算法的開發(fā)。結(jié)合匡際整流器公司的高壓柵極驅(qū)動器R213X和電流傳感器IR2175,用戶可以用較少的元件數(shù)量設(shè)計(jì)一個完整的交流伺服控制系統(tǒng)lRMCK201主要由主機(jī)接口、供電電源接口、離散接口、PLL接口、運(yùn)行外圍設(shè)備、模擬接口等部分組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
1.2、PIC16F877A與IRMCK201接囗電路：
PIC16F877A的通信端口如圖3
IRMCK201的通信端口如圖4
1.3、DM大民激光切割機(jī)逆變電路設(shè)計(jì)
IPM( Inte lligent Power Module,智能功率模塊)是一種較為理想的電力電子器件,通過接口與單片機(jī)連接,可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的變頻調(diào)速控制。本系統(tǒng)的逆變電路以智能功率模塊IRAMS10UP60A為核心,其內(nèi)部集成了多種功能電路,如過熱保護(hù)、6個開關(guān)通道自舉二極箮等,使逆變電路整體設(shè)計(jì)簡單。功率模塊的額定功率為750W,通過逆變直流母線電壓來改變驅(qū)動功率,控制小功率的同步伺服電機(jī)。模塊需要少量外圍電路,如自舉電路和過溫過流保護(hù)電路,保證速度門調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)逆變電路采用智能功率模塊IRAMS10UP60A,同分離元件組成的功率驅(qū)動電路相比,其內(nèi)部集成了多種功能電路,簡化了系統(tǒng)硬件電路,且安全性、可靠性以及穩(wěn)定性更好。
1.4、DM大民激光切割機(jī)電流采樣電路設(shè)計(jì)
IR2175是國際整流公司專為交流或直流無刷電機(jī)的驅(qū)動應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高壓線性電流傳感器。IR2175的模擬輸入信號串聯(lián)在電機(jī)相繞組回路中,通過采集采樣電阻的壓降,將電流信號從電機(jī)的上橋臂驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換到下橋臂驅(qū)動電路,使電流信號能夠被以地為參考電位的控制電路處理。IR2175內(nèi)置電流檢測和保護(hù)電路,不需要A/D轉(zhuǎn)換芯片就能自動將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字PWM信號輸出。與傳統(tǒng)的霍爾電流傳感器相比,IR2175的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字PWM輸出、溫漂低。對于三相交流永磁同步電機(jī).選取兩相即可,本系統(tǒng)對∨相和W相采樣,采樣電阻為10mΩ,采樣電路如圖5所示。
1.5、DM大民激光切割機(jī)電壓監(jiān)控電路設(shè)計(jì)
IRMCK201內(nèi)置有A/D接口電路,當(dāng)MUX_1A=0、MUX_1B=1時(shí),控制數(shù)據(jù)選通器CD4052選通電壓采樣信號,其中差分電路由運(yùn)算放大器TLV2374構(gòu)成,將主電路上0-400V的直流母線電壓按比例縮小至數(shù)據(jù)選通器能夠接收的0-4V范圍內(nèi)。A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS7818上的5 CONV、6 DATA、7CLK三個引腳直接與IRMCK201相連。由運(yùn)算放大器TLV2374、數(shù)據(jù)選通器CD4052及12位高速A/D轉(zhuǎn)換器ADS7818構(gòu)成的電壓監(jiān)控電路如圖6所示。
1.6、DM大民激光切割機(jī)編碼器接口電路設(shè)計(jì)
IRMCK201帶有增量式編碼器接口電路,可配置范圍從200~10000PPR的光電碼盤線數(shù),脈沖頻率可達(dá)1MHZ。對轉(zhuǎn)子的磁極位置實(shí)施精確定位才能實(shí)現(xiàn)高精度的速度控制,本系統(tǒng)采用三相交流永磁同步電機(jī)內(nèi)置的一個2500PPR的混合式光電編碼器,經(jīng)過高速反向緩沖器MM74HCI4M整形后,使用U、V、W信號粗測起始時(shí)轉(zhuǎn)子位置,以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的自啟動。編碼器接口電路如圖7所示。
1.7、DM大民激光切割機(jī)路光電隔離
IRMCK201輸出高速PWM脈沖信號,而IRMCS10UP60A對PWM脈沖的要求較高,為避免電磁干擾,需進(jìn)行光電隔離,HCPL2631是為智能功率模塊PM等設(shè)計(jì)的雙通道光耦波特率為10Mbps。本系統(tǒng)采用HCPL2631設(shè)計(jì)出6路光電隔離電路,如圖8所示.
