伺服控制系统中高精度电流采样的设计

　　引言

　　伺服技术是跟踪与定位控制技术，是机电一体化技术的重要组成部分，它广泛地应用于数控机床、工业机器人等自动化装备中。随着现代工业生产规模的不断扩大，各个行业对电伺服系统的需求日益增大，并对其性能提出了更高的要求。因此研究、制造高性能、高可靠性的伺服驱动系统是工业先进国家竟相努力的目标，有着十分重要的现实意义。

　　目前数字伺服驱动器基本被日本、欧美等国家垄断。我国每年需要从国外进口大量的此类设备用于CNC数控机床等行业，进口驱动器价格高，维修服务不便。我国具有自主知识产权的全数字式伺服驱动器于20世纪90年代开始规模化生产制造。华中数控HSV系列全数字交流伺服电机驱动单元具有良好的性能。我公司自主开发的全数字交流伺服系统调速比为1:5000。

　　伺服控制系统硬件设计

　　数字伺服系统主要由五部分组成：永磁同步电动机，电源模块，驱动与逆变电路模块，速度与位置检测电路模块以及控制电路模块。控制电路模块包括核心控制芯片,人机界面和通讯模块四部分;驱动与逆变电路模块包括逆变器主电路，电压/电流采样电路，过压/欠压保护、上电限流保护与制动电路等，伺服的核心控制芯片采用TI公司最新的电机专用控制芯片TMS320F2812。

　　以TMS320F2812 DSP为控制核心(见图1)，接收来自CNC、编码器接口、电流检测模块和故障信号处理模块的信息，完成对永磁同步电机控制和故障处理。光电隔离模块作为电子电路与功率主电路的接口，将DSP发出的SVPWM信号经送入IPM模块，完成DC/AC逆变，驱动电动机旋转。编码器接口将绝对式编码器所记录的永磁同步电动机的磁极位置、电动机转向和编码器报警等信息送往DSP，同时将永磁同步电动机的位置信息送往CNC。电机相电流经电流检测模块量测、滤波、幅度变换、零位偏移、限幅，转化为0~3V的电压信号送入DSP的A/D引脚。功率主电路的过压、欠压、短路、电源掉电和IPM故障等信号经故障检测模块检测与处理后，送入DSP的I/O端口。键盘与显示模块是控制器的人机接口，用以完成控制参数的输入，运行状态与运行参数显示。存储器模块用以存储控制参数与系统故障信息。

　　逆变电路使用的是三菱公司的IPM模块，该智能功率模块采用第5 代IGBT 工艺，内置优化后的栅级驱动和保护电路，以超小型体积，输出功率强劲的三相波形。它具有以下突出性能：完整的功率输出电路，直接连接负载;内置栅极驱动电路;短路保护;驱动电压欠压保护;采用第五代低功耗IGBT 管芯;超小型体积，仅重65 克。