实时EtherCAT通讯的交流伺服驱动器研究

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伺服驱动器是伺服控制系统的核心,其性能优劣决定伺服系统能否快速、精确地响应控制指令要求,故伺服驱动器对整个制造系统至关重要。随着工业以太网和现场总线技术的飞速发展,将工业以太网运用于伺服系统已经成为现代伺服驱动器发展的重要趋势之一。EtherCAT高速以太网现场总线因具有刷新周期短、高实时性和同步性得到越来越广泛的应用。本文在研究实时工业以太网的基础上,将EtherCAT通信应用于伺服系统,以永磁同步电机为控制对象,使用TI公司专用于电机控制的DSPTMS320F28335为控制芯片,设计了一套支持EtherCAT通讯的数字化交流伺服驱动器,主要包括以下内容:首先,本文介绍了EtherCAT技术及永磁同步电机的交流伺服系统的发展,通过分析永磁同步电机的数学模型及其控制策略,采用矢量控制和SVPWM调制算法,并利用Matlab/Simulink对速度环和电流环双闭环伺服系统进行了建模和仿真分析,仿真结果验证了算法的正确性。其次,本文设计了基于DSPF28335芯片的系统主控制电路,结合IPM模块设计了功率驱动电路,并采用倍福公司的EtherCAT从站控制芯片ET1100设计了EtherCAT通信接口电路,搭建了伺服系统硬件平台;结合硬件平台,在DSP开发环境CCS中用C语言编写了系统控制程序,主要包括系统初始化程序、中断程序和ET1100通信程序。其中中断程序主要包括PWM中断、定时器T0中断、AD采样中断、ESC通信中断等。在各中断程序中分别设计了电流环、速度环和位置环控制算法、电机转速计算、AD采样计算及ET1100通信等程序。最后,在软硬件设计基础上,搭建了EtherCAT通讯伺服系统实验平台,同时在上位机利用Microsoft Visual Studio2010设计了人机界面并进行伺服驱动实验,实验结果验证了伺服系统软硬件设计的正确性,为进一步研究奠定了良好的基础。
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