电机驱动器及其位置反馈技术概览

大家好 欢迎大家参加德州仪器2017工业研讨会 我是德州仪器中国区业务拓展经理James Pang 今天由我和我的同事 德州仪器资深的 电气工程师 Igor An给大家 介绍一下德州仪器在工业电机驱动中的 旋变以及位置控制解决方案 今天的内容分为四部分 第一部分是工业电机驱动系统概览 第二部分是工业电机驱动位置反馈技术概览 最三部分是德州仪器PGA411 旋变方案的介绍 第四部分是德州仪器电机驱动位置方案的介绍 我来给大家介绍第一部分至第三部分的内容 Igor会给大家介绍第四部分的内容 这是一张典型的工业电机驱动器的系统框图 除了控制通讯反馈 功率和电源模块外 该框图又进一步对相关模块进行了细分 例如反馈模块里面 我们细化了 电压电流采样 位置反馈 及 隔离等等 此外还增加了主动前端及能量回馈模块 以及针对IAC61508 ISO26262等 功能安全性模块 框图中的所有模块 里面都会用到 各种类型的模拟及处理器件 在此框图中 绿色的表示模拟器件 蓝色的表示处理器 器件的类型涉及到电源 始终 ADC DAC 隔离 运放 接口 FAN 单电机 以及处理器等等 我们会在后面的模块章节中为大家一一介绍 各个器件的具体应用 在介绍具体的功能模块前 我们进一步了解一下工业驱动器的 功能分区以及常用术语 首先我们可以把驱动器分为冷端和热端两个区域 冷热端驱动之间加一个隔离 冷端又可以分为通讯 应用 及控制三部分区域 通讯这里指的是现场总线 包括了低速的串循通讯 如UART CAT SYC SPI USB等等 还有标准的以太网 以及实时的以太网 如EtherCAT Profit Net Sercos III等等 应用区域包含了应用装置 应用路径规划 在线电机参数识别 以及特定的应用程序 比如出错 保护 功能安全性 程序等等 控制区域包含了有机控制 电流环的控制 思想定向控制FC 甚至还包含了速度和位置环的控制 热端这边除了功率模块 电压电流采样 最重要的功能区域就是功能反馈 位置反馈又分成两大类 一类是可测量的 即有传感类 第二类是可估算的 即无传感类 有传感类又可以分为模拟和数字两大类 模拟类的如sin cos 旋变等等 数字类的有真亮质 编码器 绝对值编码器 如index [听不清]以及[听不清]等等 现在我们来简单了解一下 电机位置反馈技术 这是常见的电机位置传感器类型 在数字输出输入的传感器 常用语方波控制 如果用于正玄波控制的话 需要对其结果进行差时处理 还有带模拟输出的Hall传感器 以及带有模拟输出的磁阻传感器 它们都可以通过sin cos的方式提供绝对位置 以上这三种传感器的精度并不够高 在工业电机传感器里面 我们需要精度更高 性能更可靠的位置传感器 比如旋变 增量式编码器 绝对值编码器等等 旋变能够提供绝对位置信号 耐用可靠 但接口比较复杂 需要额外的力磁信号 还要对其输出的结果进行结算 增量式编码器能够输出相对位置 并且能够输出比如4相式编码器的信号 或者输出sin cos的模拟信号 绝对值编码器可以提供高精度的绝对位置 和角度信息 不同的厂商呢 有不同的输出格式和协议 主要的标准协议呢 有Endat 2.2 Hyperface 等等 有传感和无传感的对比 有传感的方式 角度信息可以 从安装在电机轴上的机械电子 设备测量出来 无传感的方式 角度的信息可以通过 电机向电流 向电压 反向电动势 以及电机参数用软件算法估算出来 无传感的算法主要用于扭矩 或者速度的控制 其优点在于低成本 高可靠性 不受温湿度等环境因素的影响 但很少被用于运动控制器 及4伏驱动器 或者大功率的驱动器中 德州仪器在C2000的平台上提供 Insta SPIN-FOC 的无传感的解决方案 在本次工业研讨会中 我们会有另外一个专题 对其进行详细的概述