0 引　言

以無刷直流電動機為核心的無刷直流伺服系統具有優越的調速特性以及壽命長、效率高、維護性好等優點,高精度、高可靠性、高智能化的無刷直流伺服系統是當前伺服系統的重要發展方向[ 1 - 2 ] 。隨著微電子技術和控制理論的發展,伺服系統能夠獲得越來越高的工作精度、較寬的調速范圍,促進了伺服系統在各個行業和領域應用,例如工業自動化控制。在工業自動化領域中,某些場合如高精度數控機床和一些液壓設備需要兩臺或者多臺電機同時工作來達到保證精度、提高性能的目的。一種液壓設備要求兩臺伺服電機同時工作,并有較高的伺服精度要求,需要設計合適的伺服系統。本文介紹了以高性能數字信號處理器TMS320F2812 為控制核心的雙通道高精度伺服控制系統,充分利用其豐富的片內資源,簡化系統硬件設計,取得了較好的效果,滿足了設備的要求。

1 方案設計
系統要求實現較高的精度,這就需要降低伺服電機運行過程中的轉矩波動,可以從電機結構和控制算法兩個方面加以考慮:伺服系統采用無槽結構的無刷直流電動機（BLDCM）作為伺服電機,換相控制方式為電壓空間矢量（ SVPWM）正弦波驅動技術。無刷直流電動機采用正弦波驅動方式,三相繞組通入對稱三相交流電,電樞磁場為圓形旋轉磁場,方向連續變化, 實現較低的轉矩紋波、平滑運轉和較低的工作噪聲,文獻[ 3 ]證明了SVPWM驅動技術對于降低電機的轉矩波動有較好的效果;無槽結構的無刷直流電動機消除了齒槽效應, 具有轉矩波動小、運行平穩、噪聲低、電樞電感小、定位干擾力矩小等特點,采用正弦波繞組后,從結構上配合正弦波驅動技術使得系統高精度控制的實現更為容易。采用正弦波驅動方式,要求電機安裝有高分辨率的位置傳感器以提供精確的轉子位置信息。旋轉變壓器用來作為轉子位置檢測傳感器,能夠實現高精度檢測,滿足正弦波驅動的位置精度要求。
普通的電機控制用微控制器只有一個電機控制單元,如果同時控制兩臺三相電機,需要外部擴展一定數量的器件和接口,大大提高了成本,降低了可靠性。TMS320F2812是新一代電機控制專用數字信號處理器,集成度高,運算速度快,帶有兩個事件管理器,能夠實現同時對兩臺三相電機的調速控制,因此選擇TSM320F2812作為核心控制器。伺服系統方案原理框圖如圖1所示

無刷直流電動機是系統的伺服驅動單元;采用PC機作為上位機平臺,通過RS - 485總線實現對伺服系統的實時監控。系統兩個通道的技術指標及控制對象相同,因此各個通道采取了相同的硬件結構,以利于降低系統成本,縮短開發周期。
TMS320F2812作為整個控制器的核心,根據控制算法產生PWM調制信號,與保護電路產生的信號綜合后,經過驅動電路放大控制逆變電路,實現對伺服電動機的控制。信號發生器產生穩定的正弦波信號作為旋轉變壓器的激勵信號及角度變換（Resolver - to - Digital Converter, RDC）電路的參考信號。旋轉變壓器與電機轉子同軸連接,實現角度位置檢測及反饋、速度計算及反饋功能。

2 系統硬件設計
兩個通道采用相同的硬件電路,因此下面所討論的硬件電路都在兩個通道中得到應用。

2. 1 功率電路設計

圖2 功率電路