32位MCU在伺服電機中的應用
2010-11-30 22:48:32 本站原創在伺服系統中，由于交流永磁同步電機具備十分優良的低速性能、可以實現弱磁高速控制，調速范圍寬廣、動態特性和效率都很高，已經成為伺服系統的主流之選。目前永磁同步交流伺服技術已成為工業自動化的支撐技術之一。
UPD70F3454是瑞薩電子開發的用于變頻控制的32位高性能MCU，使用V850核、RISC架構、5級流水線、內置DSP功能、最大64MHZ，內置256K flash ROM及相關外圍功能，例如DMA控制器，定時器/計數器，串行接口UART、SPI、IIC，A/D，總線控制器，低壓檢測，片上調試等。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轉換器，內置比較器和運放，兩組編碼器輸入計數器，高度集成了伺服電機控制所需的外圍設備，并且可以實現用一個MCU實現對兩個伺服電機的控制。
系統原理
1、系統硬件結構：
基于UPD70F3454的伺服控制系統硬件如下圖。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，判斷系統的工作模式，并轉換成逆變器的開關信號輸出，隔離后后驅動IPM，EEPROM用于參數的保存和用戶信息的存儲。RS232模塊負責與上位機進行通信，或者直接通過上位機發送速度、方向控制信息；編程、調試可以通過MINICUBE、MINICUBE2、PG-FP5。
⑵、IPM驅動電路，MCU輸出6相PWM信號，經過光耦隔離傳送、IPM全橋逆變輸出，驅動伺服電機工作的強電電路。
⑶、電流采樣，系統至少需要采樣兩相電流，如Ia和Ic，采樣電路的信號經3454內部AD模塊的運放、比較器后進行模數轉換。
⑷、轉子位置檢測，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，可以判斷電機轉子的位置和電機轉速信號。
⑸、傳感器信號的輸入，包括脈沖量輸入、模擬輸入、開關輸入等及與其他MCU的通信。
圖： 瑞薩電子UPD70F3454伺服控制硬件結構圖
2、特點及優勢：
①、精細的全數字化控制。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、低廉的系統成本。UPD70F3454搭載有上電清零、電壓檢測、穩壓器、4個運放、8個比較器、編碼器接口等豐富外設資源。
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，對系統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上進行二次開發。并且有電機組強大的支持團隊。
UPD70F3454除了高速實時響應和單時鐘指令外，還支持乘法指令、飽和運算、位操作等為數字伺服控制系統而優化的指令。本文基于UPD70F3454的伺服控制系統，充分利用MCU內部資源情況下，電路設計簡單、外圍器件少，滿足矢量控制的實時要求，實現伺服的全數字化的控制。而低成本高性能的MCU控制特性使得該系統具有很好的應用前景。
