永磁同步交流伺服電機
電機控制
2019-11-11 10:54:00
RT1052
永磁同步交流伺服電機方案
運動控制、精密控制是目前眾多行業設備的新增需求，為了使這些設備能以最佳的性能去工作，采用改良的新型馬達控制技術是關鍵所在。能效的提高是趨勢所向，新技術同時還能帶來更多的優勢，如實現更加平穩的工作，大幅度降低噪聲水平。眾多制造商正在應對這些挑戰，馬達市場正在被更加高效的方案替代，如直流無刷(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)。
近年來，采用全數字控制方法，以永磁交流電機為控制對象的全數字交流伺服系統，正在逐漸取代以直流電機為控制對象的直流伺服系統和采用模擬控制技術的模擬式交流伺服系統。全數字交流伺服系統采用矢量控制方法，可實現優良的控制品質。
利用NXP最新發布的i.MXRT1052高性能處理器，可實現對交流電機運行的位置、速度和電機電樞電流的高精度控制，該產品完美融合了低功耗應用處理器和高性能微控制器的優勢。i.MXRT系列是業界首款跨界處理器，以實惠的價格提供超高性能Arm? Cortex?-M內核、實時功能和MCU可用性。
1、i.MXRT1052特點
運行更快，響應更快
■ 采用Cortex-M7架構，主頻528MHz，CoreMark 3020 /1284 DMIPS；
■ 512KB緊耦合內存，中斷延遲低至20ns；
■ 行業最低的動態功耗，帶集成DC-DC轉換器。
擴展更強，接口更多
■ 核心板引出多達124個GPIO，原生支持LCD、Camera、USB、UART、CAN、Ethernet、 PWM等功能接口。
數據加密，工業品質
■ 高可靠性引導(HAB)，帶實時QSPIFlash解密，128位AES加密和真隨機數生成 器，板卡設計充分考慮信號完整性，保證最佳的電氣性能，-40-85℃溫度標準 保證在嚴酷環境中穩定運行。
二、飛凌FET1052-C方案展示
方案整體框圖
■ RS232通訊接口電路用于PC機與FET1052-C核心板通訊的電平轉換；
■ 速度模擬控制輸入接口電路用于速度控制信號，以模擬的方式輸入；
■ LCD顯示電路用于LCD顯示速度、人機交互等信息；
■ 光電碼盤接口電路用于光電碼盤與i.MXRT1052的連接；
■ 電流檢測電路用于U和V相電流的檢測；
■ 驅動、隔離電路用于隔離驅動逆變電路。
電流檢測電路
i.MXRT1052支持兩個高精度AD轉換控制器，每個控制器支持16個通道。
高達12bit分辨率的線性逐次逼近算法，1MS/S的采樣速率，支持中斷與輪訓方式采樣，可實現對電機的三相電壓采樣，無需進行相位補償。但由于是單極性，所以對交流采樣時要加提升電路，使交流信號電壓范圍在0V～3.3V之間。本方案中使用了3路A/D轉換輸入，分別為2路電流檢測和1路模擬信號輸入采樣。電流檢測就是把交流電機的兩相定子電流轉換成相應的二進制代碼，以方便處理。因為本系統是三相平衡系統IA+IB+IC=0，因此只要檢測其中兩路電流，就可以得到三相電流。由于霍爾元件輸出的是弱電流信號，因此，應將該電流信號轉換成電壓信號，然后經過濾波加法處理，由于霍爾電流傳感器的輸出的是有正負方向的電流信號，而i.MXRT1052片內A／D轉換器為單極性輸入為0～3.3V的電壓信號，因此要有電壓偏移電路。
光電碼盤接口電路
i.MXRT1052支持四路正交解碼器（ENC），利用來自位置/速度傳感器的5個輸入信號（PHASEA，PHASEB，INDEX，TRIGGER和HOME），正交解碼器模塊對軸位置，轉數和速度進行解碼，正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器，以獲得旋轉機械的位置和速率等信息。
驅動隔離電路
可使用由IR公司所生產的IR2132來驅動G4PH50UD-E(IGBT)，構建成三相逆變器。因為i.MXRT1052所產生的PWM波形頻率比較高，用一般的低速光耦會使得驅動電路的開關時間變長，在低速，小負載時會嚴重影響到電機的低速性能，所以可選用高速光耦，有效提高逆變器的快速性。
i.MXRT1052最高支持32路PWM輸出，包含PWM子模塊，每個子模塊都設計為控制單個半橋功率級。提供故障通道支持。該PWM模塊可以產生各種開關模式，包括高度的復雜的波形。支持控制所有已知的電機類型，也是控制不同開關模式電源（SMPS）拓撲的理想選擇。
RS232通訊、顯示電路
i.MXRT1052最高支持8路UART、2路CAN接口，方便擴展其他功能應用；支持8/16/24位LCD接口，支持最大1366×768分辨率，支持4.3、7寸電阻觸摸，支持8/16-bitMPU/8080接口。支持2D圖形加速引擎，支持emWIN圖形界面；飛凌嵌入式OK1052-C開發板支持裸機、FreeRTOS、ucLinux操作系統開發，方便客戶不同場合的產品應用。
MCU模式支持Keil、IAR、ARM-GCC等編譯器，同時還支持Amazon FreeRTOS、SDK、ARM mbed以及軟件庫、在線工具和相應支持的全球ARM生態系統來實現快速原型制作和開發。 MPU模式依然采用工程師最為熟悉的Ubuntu+GCC開發方式。
三、FET1052-C核心板分為兩種配置
本次方案充分展示了FET1052-C在電機控制方面突出的性能優勢以及接口豐富程度，兩個PMSM電機控制方案可以參考發布在NXP官網的應用筆記AN12200（Dual FOC Servo Motor Control on i.MXRT）。
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