电机驱动硬件系统架构概览

大家好 欢迎大家参加德州仪器2017年工业研讨会 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中国资深的电机工程师 Igor An 给大家介绍一下工业电机驱动器的软硬件系统架构 今天的内容分三大部分 第一部分是工业电机驱动器的市场及系统概览 第二部分是硬件架构 第三部分是软件架构 我给大家介绍第一部分及第二部分的硬件 控制 通讯模块 Igor会给大家介绍第二部分的反馈 功率 电源模块 以及第三部分的软件架构 工业电机驱动器的应用市场非常广 常见的行业有包装机械 石化 电梯 造纸 水泥 采矿 给排水 交通运输以及工厂自动化等等 同时工业电机驱动器的产品类型也非常多 至少可以分为七大类 包括通用变频器 运动和伺服控制器位置反馈传感器 仓储物流设备 电机保护及软启动设备 主动前端及逆变设备工业水泵和风机等等 其中以通用变频 通用伺服风机和水泵的应用尤其多 不管市场和类型的如何细分从工业电机系统架构的角度上看 我们又可以把电机系统分为 控制 通讯 反馈 功率 电源等五个模块 其中反馈部分又包含了电压电流及位置的反馈 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 反馈功率及电源模块外 该框图又进一步地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IAC 61508ISO 26262的功能安全性模块 框图中的所有模块里面都会用到各式类型的模拟 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 时钟 ADC DAC 隔离 运放 接口 PHY 单片机及处理器等等 我们会在以下的模块章节中为大家逐一介绍 各个器件的具体应用 在介绍具体的功能模块前 让我们更进一步了解一下工业电机驱动器的常用功能分区 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 冷热端区域中间加以隔离 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心通讯 如UART CAN SYC SPI USB等等 还有标准的以太网以及实时的以太网 如EtherCAT Profinet Sercos-III等等 应用区域包含了运动控制 运动路径规划 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 控制区域包含了扭矩控制及电流环的控制 磁场定向控制 FOC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 最主要的功能区域就是位置反馈 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 数字类的有增量式编码器绝对值编码器 如Endat BiSS HiperFace以及多摩川等等