電流環在伺服驅動系統中占有重要地位，直接決定伺服系統的好壞，很多文獻都對電流采樣進行了研究。電流環是望遠鏡驅動控制系統的內環，電流采樣的精度和速度直接影響整個電流環的運算精度，從而對望遠鏡機架驅動跟蹤性能產生重大影響，電流環的設計是保證望遠鏡跟蹤目標的速度精度及力矩平穩性的關鍵部分。在此設計了基于單電源供電的電流采樣電路，并采用TMS320F2812實現電流采樣環節的A/D轉換，為后續控制器的設計提供了方便。

　　2 機架驅動電流采樣電路設計

　　采用弧線交流PMSM，定子直徑為2.5 m，轉子直徑為2.2 m，15組定子單元，60對極的磁極組成轉子，每組定子單元與4對極的轉子組成一臺弧線型交流PMSM，共由15組單元電機組成。其中任意一臺單元電機可獨立工作，也可和其中的幾臺電機一起工作。2.5 m直接驅動電機可驅動口徑為4 m的望遠鏡。電機參數：額定功率3 kW;額定電壓380 V;額定電流12 A;額定頻率0.533 Hz;轉動慣量262.74kg·m2;額定轉速4 r·min-1;定子電阻33 Ω;極對數為60。

　　目前常用的控制器有單片機、ARM及DSP等數字系統。電機輸出的電流是模擬信號，在此選取TMS320F2812實現A/D轉換，電流采樣電路是單電源供電的TLV2374。根據電機參數，電流傳感器采用LTS25-NP。

　　2.1 望遠鏡機架驅動實現總框圖

　　所設計的電流檢測電路將弧線交流PMSM的三相定子電流經電流傳感器后進入DSP的A/D口，將其轉換為數字信號，便于控制器及逆變器信號的處理。由于弧線電機的定子繞組采用Y接法，則有ic=ia+ib，因此只需要檢測其中兩相電流，即可得到三相電流。交流PMSM要想實現高性能的閉環控制，電流反饋環節必不可少，只有檢測出定子繞組的電流，才能為逆變環節即SVPWM算法的實現提供基礎。由PMSM工作原理可知，定子電流檢測的精度和實時性是決定整個矢量控制系統精度的關鍵。

　　對于精密弧線電機，驅動望遠鏡時，閉環才是保證跟蹤目標和圖像質量的首選控制方式，能實現高精度、高性能的傳動和伺服控制。另外，一個完善可靠的驅動系統在硬件上包括過壓、欠壓、過流保護等各類故障檢測和保護電路，這些電路均需檢測電機的電壓和電流信號。弧線交流PMSM的驅動系統由位置環、速度環、電流環組成，圖1示出望遠鏡機架驅動實現總框圖。

　　2.2 TLV2374電流采樣電路設計

　　TLV2374器件是單電源供電運算放大器，具有軌對軌的輸入輸出能力，最低操作供電電壓至2.7 V，軌對軌的擺幅輸出特性，可提供3 MHz的帶寬，僅需550μA的工作電流，最大工作電壓可達16 V。經過長時間的研究及實驗，這里給出單電源供電的電流采樣系統的詳細設計過程。

　　系統采用的電流傳感器IXS25-NP是閉環原理的傳感器，5 V單電源供電，使外圍的硬件電路設計更簡單，無需增加電壓抬升電路，從而減少了電源對系統的干擾。該電流傳感器溫漂小，精度高，采樣電阻是內置式的，為電壓型輸出，避免了出現因增加外接采樣電阻及運放后進入DSP使精度有所降低的情況，輸出特性曲線如圖2所示。

　　電流傳感器的接法共有3種，按其中一種接法，電流傳感器的輸出電壓范圍是1.9～3.1 V，該范圍的電壓不能直接送入到DSP的A/D(0～3 V)進行轉換，且電壓范圍過小，必然降低A/D轉換器的轉換精度，為充分利用A/D轉換器，在此根據實際A/D轉換結果，設計了電流采樣電路，將滿量程時信號的輸出范圍調整到0～2.8 V，實驗證明超過2.8 V將導致有時輸出是飽和狀態，為預防電路在非正常情況下損壞DSP的A/D接口，電路中增加了限幅電路。設采樣電路輸入為Uin，范圍是1.9～3.1 V，采樣電路的輸出為Uo，范圍是0～2.8 V，設輸入輸出為線性關系，則有：

　　Uo=AUin+B (1)

　　根據輸入輸出之間的關系，計算出A=7/3和B=-133/30，即：

　　Uo=7Uin/3-133/30 (2)

　　由式(2)知輸入輸出的實質是由運放構成的減法電路，設計出單電源運放組成的減法電路即可。由于TLV2374是單電源供電，可知其供電電壓正電源是5 V，負電源是2.5 V，在此采用電壓基準芯片并調整得到2.5 V基準電壓，若設電流傳感器的輸出為Uin1，2.5 V基準電壓為Uin2，則有：

　　Uo=7Uin1/3-133Uin2/75 (3)

　　選擇合適的電阻實現該采樣電路。圖3為電流傳感器的檢測采樣電路，共有4級處理：第1級進行阻抗變換;第2級是二階有源濾波電路;第3和第4級是上式算出的減法電路，其中，為保證輸入輸出為式(3)的關系，有意在比例電路部分放置了兩個1/1 000的精密可調電阻來調節輸入輸出的線性關系。需注意在使用單電源供電的運放時，比例增益都是相對同相端的電壓而言。