基于觸摸屏、plc及伺服驅動器的伺服系統
張曉杰，王君艷
(上海交通大學，上海200240)
摘要：介紹r一種由觸摸屏、plc及伺服驅動器構成的伺服電機控制系統，該控制系統采用空間矢量脈寬調制和canopen總線通信，保證了系統的高速、高精確性：
o引 言
伺服系統亦稱隨動系統，屬于自動控制系統，用來控制被控對象的位置或轉角，使其能自動地、連續地、精確地復現輸入指令的變化規律、隨著微電子、電力半導體和電機制造技術的進步，高性能伺服系統在激光加工、機器人、數控車床、大規模集成電路制造辦公自動化設備、雷達等高科技領域都有廣泛應用。因此，開展伺服系統的研究具有現實意義。
1伺服系統組成
系統主要由觸摸屏、plc、伺服驅動器、永磁同步伺服電動機組成，如圖1所示。其中伺服電動機足運動的執行機構，對其進行位置、速度和電流三環控制，從而達到用戶的功能要求。
系統采用施耐德電氣公刊的整體解決方案，選用xbtgt觸摸屏、twido plc、lexiuⅱ1f】5a伺服驅動器和bsh電機，采用canopen總線通信方式實現了對電機的控制和監測。
(1)xbtgt觸摸屏：施耐德的xbtct2330具有rs232c／rs485通訊口，兼容m0dbusrtu主從站協議，町以和多家廠商的plc通信，兼容性強．作為人機界面，能夠方便用戶操作，并且可以反映系統的運行狀態。
(2)twido plc：施耐德推出的twido plc功能強大，選用twdlcae40drf一體型控制器，具有多種通信方式，可以連接一個can0pen現場總線接口模塊。在此作為上位機，主要用于控制方式的選擇、位置速度等的給定、以及信號瞬時值的讀取。
(3)lexium05a驅動器：它是一種通用型交流伺服驅動器，具有多個接口：連接canopen、模擬量數字量接口的cnl，連接電機位置編碼器的cn2口，24vpf：lv控制系統電源接口cn3，連接pc、分布式操作終端、m0dbus、canopen的cn4幾等，町以方便地通過專用電纜線與編碼器反饋電路和plc連接。選用le x-um05adlom2，內部主控芯片為ti公司的低功耗、高速高精度的tms320v2812，采用單相200／240 v供電，功率范圍為o.75 kw。
(4)bsh伺服電動機：高動態響應、低慣量的水磁同步伺服電動機，額定轉速為6000 r／min，額定轉矩為o.46～28.2 n·m，匹配了高分辨率(17位)的正余弦編碼器，適用于高動態響應和高精度的場合。電機型號為bsh0701p01a1 a,編碼器為****sincos單圈(13l 072點／圈)。
2伺服驅動器的設計
在系統中作為從沒備的伺服驅動器是系統的控制核心。根據上述硬件選擇，可知驅動器主控芯片為tms320f2812，控制對象為裝有正余弦編碼器的永磁同步電動機。以下將介紹永磁同步伺服電動機的控制方法和伺服控制系統的硬件實現. 2 l永磁同步電動機的空間矢量控制
永磁同步電動機具有強耦合、高度非線性的結構，經過坐標變換，當id=0時，tem=pnψfiq=pnψfis,即通過控制iq就可以線性地控制電磁轉矩。圖2為永磁同步電動機的矢量控制原理框圖。它主要對位置、速度和轉矩的三環進行控制，控制過程為：位置給定與檢測到的位置信號相比較，經過位置調節器，輸出作為速度的給定值；速度給定值與位置信號微分得到的速度信號進行比較，通過速度調節器輸出g軸電流給定信號iq，d軸電流給定信號為0。d軸和q軸的電流反饋信號經坐標變換得到。電流給定與電流反饋反饋的差值經過電流調節器輸出電壓ud、uq，再經park逆變換得到uα、uβ，經過svpwm調制輸出6路pwm，驅動逆變器產生頻率可變的三相正弦電流輸入電機。
2．2控制系統的硬件實現
以tms320f2812為主控芯片的控制電路是整個系統的核心，它主要完成電機位置的檢測、定子電流的檢測、各種故障的處理、svpwm的實現以及與上位機之間的通信，控制系統硬件框圖如圖3所示。
2．2．1位置信號的檢測
系統中采用正余弦編碼器作為位置反饋裝置，通過hiperfce接口傳輸編碼器信號，包括數字通道和模擬通道。數字通道通過rs485串行口傳輸伺服電機的初始位置，并且啟動模擬通道的正余弦信號 |
