在伺服系統(tǒng)中，由于交流永磁同步電機具備十分優(yōu)良的低速性能、可以實現(xiàn)弱磁高速控制，調(diào)速范圍寬廣、動態(tài)特性和效率都很高，已經(jīng)成為伺服系統(tǒng)的主流之選。目前永磁同步交流伺服技術(shù)已成為工業(yè)自動化的支撐技術(shù)之一。

本文以瑞薩電子 32位變頻用MCU V850E/IX3 UPD70F3454為例，闡述其在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)于瑞薩電子UPD70F3454

UPD70F3454是瑞薩電子開發(fā)的用于變頻控制的32位高性能MCU，使用V850核、RISC架構(gòu)、5級流水線、內(nèi)置DSP功能、最大64MHZ，內(nèi)置256K flash ROM及相關(guān)外圍功能，例如DMA控制器，定時器/計數(shù)器，串行接口UART、SPI、IIC，A/D，總線控制器，低壓檢測，片上調(diào)試等。針對變頻控制，UPD70F3454提供有2組六相PWM輸出、兩組獨立的12位AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置比較器和運放，兩組編碼器輸入計數(shù)器，高度集成了伺服電機控制所需的外圍設(shè)備，并且可以實現(xiàn)用一個MCU實現(xiàn)對兩個伺服電機的控制。

系統(tǒng)原理

1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)：

基于UPD70F3454的伺服控制系統(tǒng)硬件如下圖。主要包括：

⑴、MCU UPD70F3454及其周邊電路，3454為核心控制器，接收外部信號，判斷系統(tǒng)的工作模式，并轉(zhuǎn)換成逆變器的開關(guān)信號輸出，隔離后后驅(qū)動IPM，EEPROM用于參數(shù)的保存和用戶信息的存儲。RS232模塊負(fù)責(zé)與上位機進行通信，或者直接通過上位機發(fā)送速度、方向控制信息；編程、調(diào)試可以通過MINICUBE、MINICUBE2、PG-FP5。

⑵、IPM驅(qū)動電路，MCU輸出6相PWM信號，經(jīng)過光耦隔離傳送、IPM全橋逆變輸出，驅(qū)動伺服電機工作的強電電路。

⑶、電流采樣，系統(tǒng)至少需要采樣兩相電流，如Ia和Ic，采樣電路的信號經(jīng)3454內(nèi)部AD模塊的運放、比較器后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

⑷、轉(zhuǎn)子位置檢測，由增量式光電編碼器輸出的正交編碼信號A、B、Z輸入至MCU的TMT模塊，可以判斷電機轉(zhuǎn)子的位置和電機轉(zhuǎn)速信號。

⑸、傳感器信號的輸入，包括脈沖量輸入、模擬輸入、開關(guān)輸入等及與其他MCU的通信。

圖： 瑞薩電子UPD70F3454伺服控制硬件結(jié)構(gòu)圖

2、特點及優(yōu)勢：

①、精細(xì)的全數(shù)字化控制。采用瑞薩電子 32位專用變頻MCU，64MHZ CPU和PWM操作時鐘，高精度頻率輸出。

②、低廉的系統(tǒng)成本。UPD70F3454搭載有上電清零、電壓檢測、穩(wěn)壓器、4個運放、8個比較器、編碼器接口等豐富外設(shè)資源。

③、豐富周邊功能。5V單電源、外部總線、DMA控制器。

④、提供安全、安心的高端變頻電機評價系統(tǒng)，對系統(tǒng)各個模塊有軟件的參考代碼,比如PWM、AD、TMT等模塊，用戶可以很方便的在原系統(tǒng)上進行二次開發(fā)。并且有電機組強大的支持團隊。

UPD70F3454除了高速實時響應(yīng)和單時鐘指令外，還支持乘法指令、飽和運算、位操作等為數(shù)字伺服控制系統(tǒng)而優(yōu)化的指令。本文基于UPD70F3454的伺服控制系統(tǒng)，充分利用MCU內(nèi)部資源情況下，電路設(shè)計簡單、外圍器件少，滿足矢量控制的實時要求，實現(xiàn)伺服的全數(shù)字化的控制。而低成本高性能的MCU控制特性使得該系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用前景。

目前，UPD70F3454已在客戶的通用伺服、紡織機械、縫紉機得到普遍應(yīng)用。詳細(xì)的產(chǎn)品資料及技術(shù)支持請聯(lián)系瑞薩電子授權(quán)代理商世強電訊。