基于DSP和IRMCK201的双CPU永磁同步电机位置伺服系统设计在工控技术中的应用

导读：本文介绍了一套基于DSP和IRMCK201的双CPU永磁同步电机位置伺服系统，重点介绍了该系统结构及软硬件设计方案。实验结果表明，软硬件设计合理、实时性好，控制精度高，有较好的动态性能；同时，这种交流伺服方案性能优越、设计简单、编程任务小、开发周期短，也可用于其他交流伺服控制系统，具有很好的推广意义。

由于永磁伺服电机具有转子转动惯量小、高响应速度、高效率、大功率密度、小体积，无需电刷降低噪声并减少维护等优点，在高性能位置伺服领域，由其为伺服电机组成的伺服系统应用越来越广泛。永磁无刷电机有两种形式：方波式和正弦波式。本文主要研究以PMSM为伺服电机的伺服系统目前实现永磁同步电动机的控制主要采用DSP、DSP+FPGA和DSP+ASIC三种途径。前两种方式实现位置控制编程量较大，而美国国际整流器件公司针对高性能交流伺伏驱动要求，基于FPGA技术开发出了完整的闭环電流控制和速度控制的服务单片解决方案———IRMCK201。这一芯片不仅包含运动控制外围功能（如PWM、编码计数电路、電流传感接口等），而且还包含通过硬件实现FOC算法和速度算法，从而省略了编程任务，使得高性能交流服务设计更加简化。

IRMCK201芯片简介

美国国际整流器件(IR)公司针对高性能交流服务驱动需求，设计出了基于FPGA技术的完整服務驱动解决方案———IRMCK201芯片。与传统運動調節專用DSPTMS320LF2407A相比，不仅包含運動調節外圍功能（如PWM開關信號產生與管理）、編碼計數電路（QEP）以及能夠直接處理傳感器輸入信號，但還包括通過硬體實現FOC算法與速度計算過程。此外，它也適用于不同類型之無刷直流馬達或感應馬達，因而有著很好的應用前景。

系統實現

該系統由TI公司TMS320LF2407A微處理單元作為主控晶片，並與美國國際整流器件IR2175線性電流量測模塊、一個霍爾傳感器以及一個光耦合進行通信，以完成對功率模組開關控制。在這個系統中，一個混合式光學編碼器被用來監測轉子的動態狀態，這種方法可以提供準確且穩定的位移反饋信號。

硬體設計簡述

3.1 位移環設計：

采用混合式光學編碼技術對轉子進行精確定位。

使用QEP解碼脈衝並將其送至TMS320LF2407A進行後處理。

轉子位移信息通過事件管理模块進一步分析以供操作系統使用。

3.2 速率環設計：

使用同樣混合式光學編碼技術來獲得轉子的動態狀態。

將此信息直接送至IRMCK201進行閉環速率維護。

由於IRMCK201內置了速率環相關計算，因此這部分完全依賴於硬體實現，不需要額外軟體支持。

3.3 IR2175與霍爾傳感器實現電流量測：

采樣阻抗結構將相通道上的瞬時電壓變換為固定幅值電壓信號。

這些信號經過IR2175線性帶通濾波後，再經過HOLOL視覺化分離網絡得到最終結果並連接到IRC21X高速組件上以減少噪聲干擾影響真空泵驅動力損失。最后由于HOLOL视觉化网络输出的是一个可以与IRC21X进行数据交换并处理后的数字数据因此提高了数据处理效率，并减少了误差，从而保证了整个过程中的稳定性与准确性。这是一项革命性的创新，它极大地提升了整个自动化生产线运行效能，同时也显著降低了维护成本，为企业节约大量资金开支，为用户带来了巨大的经济利益。而这也是为什么这一技术成为了全球范围内最受欢迎的一种工业自动化解决方案之一原因所在。当我们将这些步骤汇总起来，我们会发现这一系列设备不仅能够有效地监测车间环境温度，还能够防止过热导致的问题，最终保护我们的设备免受损害，让它们持续工作良久更重要的是它能够帮助我们更快地识别问题并采取行动修复或替换故障部件，从而避免长时间停工导致的大规模生产延迟从而影响产品质量及客户满意度加强安全措施确保员工健康安全是每个企业都必须面临的一个挑战之一当我们利用这种先进的人工智能软件来监测车间条件时，我们就可以随时知道何时进行预防维护让我们的设备保持最佳状态所有这些都是通过一种称为“远端监控”的过程来执行这个过程涉及到安装专用的软件程序到我们的计算设备上然后将他们连接到互联网这样，当任何异常发生或超出预设阈值时，该程序就会通知相关人员采取适当行动从根本上说，这是一个关于如何通过智慧提高认知水平的手段。但实际情况可能会根据具体业务需求有所不同，比如对于某些行业来说可能只需要基本警报功能，而对于另一些则需要更详细的地图显示能力或者甚至是人脸识别能力然而，即便如此，无论是在哪个行业中使用这种技术，都有一点共同之处，那就是要确保所有的人都能安全无忧地工作在一个健康又充满活力的环境中虽然这里描述的是一种特定的场景，但是关键概念却适用于各种不同的商业设置无论是在制造业还是金融领域，只要涉及到了自动化程度增加，那么就必然会考虑到如何最大限度地提高生产效率同时减少错误发生概率使得整个体系更加灵活多变易于扩展调整这就是为什么许多现代企业选择采用这种类型的人类因素分析工具作为他们日常运营策略的一部分这是因为它们提供了一种全新的方法来评估员工表现，并据此做出决策尽管有人担心这样的工具可能会侵犯隐私，但事实证明，与人类评价相比，这些工具通常更加公正透明，而且不会受到个人偏见影响使得决策更加客观科学然而，对于那些想要深入了解更多细节的小伙伴们，我建议您继续关注后续文章，因为我计划分享更多关于AI在工业自动化中的最新进展以及它们如何帮助改变人们生活方式！