（上海正泰智能科技有限公司 201600）
摘要：为了有效实现对交流永磁同步电机的高性能控制工作，设计出了一种基于数字信号处理器和智能功率模块的全数字交流伺服驱动器。本文重点针对全数字交流伺服驱动器的工作原理展开了分析和研究，并且提出了硬件和软件设计方案流程，有效保证驱动器的正常稳定工作和运行。
关键词：伺服控制；驱动器；DSP；IPM
随着我国舰载雷达技术的发展速度不断加快，对伺服系统的跟踪精确度、工作转速的平稳程度以及工作的可靠性等都提出了更高的工作要求。因此，需要保证交流伺服驱动器具有更加稳定的工作性能、工作精确度更高同时具有较强的通用性。交流伺服驱动器设备，通过晶体管集成电路以及计算机终端系统等进行联合控制，现阶段已经进入了全新的技术发展时期，尤其是以数字信号处理器和智能功率模块的使用，使得伺服驱动器朝着智能化和数字化的方向上不断发展。
1.伺服驱动器原理
交流伺服驱动器的主要工作原理，如图1所示，在工作过程中主要通过伺服控制单元和功率驱动单元两个环节所组成。
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图1交流伺服驱动器原理框图
伺服控制单元当中，电源的转化电路包含了驱动器模块和电源模块，伺服控制电路当中主要是对电机工作过程中出现的反馈信号以及三相电压信号进行收集和处理，在电机的工作过程中实现良好的控制。接收母线过压欠压信号三项物流信号和IPM故障信号等，可以实现电机系统故障的准确检测和保护工作，在系统运行闭环控制工作中有效实现了6路PWM工作信号。在系统内部的功率驱动单元当中，主要实现的是对三相交流电来进行有效的整合和滤波处理，通过智能功率处理模块将直流电直接转化成对应的幅值和频率相对比较稳定的交流电，以此来实现对整个电机系统的稳定控制，检测母线和三相电压信号之间形成了有效的对接使用效果，通过驱动器的控制实现电机的实时性防护[1]。
2.伺服控制电路硬件设计
伺服控制电路是交流伺服驱动器当中非常重要的工作环节，在具体的工作过程中主要分为以下几个方面功能：首先，接收指令信号和信息反馈信号有效使用闭环伺服控制算法，生成PWM输出工作信号，可以实现电机的高性能控制和运行。通过电机各种故障信息的实时性处理和检测，可以充分实现过压欠压过流以及IPM等相关故障问题的有效监测和处理，从电机系统的模块化设计方向上来看，伺服控制电路内部使用了DSP加FPGA的硬件结构设计方式，具体的原理框架图如图2所示：
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图2伺服控制电路原理框图
DSP芯片当中主要功能是对电机的高性能进行有效的控制，在工作过程中包含了以下几个方面内容：
（1）包含了32位单精度浮点运算工作单元，可以实现较大工作量的电机矢量控制算法，以及实现实时性的信号滤波算法，对电机的性能进行实时性控制。
（2）具有eCAN通讯模块，可以实现和上位系统之间的信息传输，通过接收控制指令直接发送到驱动器的各个运行单元当中，对其中存在的故障问题进行有效解决。
（3）具有多个独立可编程控制器，采用输入和输出接口的对接方式，可以实现驱动器内部的I/O接口数据传输和操控。
（4）具有12位的AD转换器设备，可以充分实现数据模拟量的实时性控制。
（5）具有并行总线的外部接口可以实现和FPGA芯片之间的信息通信，并且在信息的接收位置，接收速率以及电流状态等故障信息进行实时性判断。
3.伺服控制软件设计
伺服控制软件运行在DSP芯片当中，在系统内部主要是对外部的指定信息以及系统反馈出的工作状态信息进行实时性收集和处理。通过相应的控制算法，可以对电机的工作位置、工作速度以及工作电流等三闭环工作状态进行有效控制。三闭环是依照指定于反馈信号误差设计出了PI控制算法，在电流控制算法当中可以对电子技术使用的磁场定量进行矢量化控制。通过使用Clark和Park相互之间的变化和转换，保证A、B、C不同的坐标体系下，三项电流可以有效转化成为旋转的dq坐标的两项电流，通过使用闭环算法有效调节电机内部的dq轴电流，然后分别通过Park进行逆变化有效调整三相电压的大小，以此来实现电机系统的稳定控制工作效果[2]。
伺服控制器内部的软件主要包含了主程序软件和中断程序软件两个构成环节，主程序系统当中首先是进行系统的初始化配置，主要针对系统的寄存器参数和系统化参数来进行配置与应用。通过驱动器的状态自检工作，可以有效判断出各个工作部件的功能是否保持正常，如果自检异常则闪烁故障灯会显示报警，则自动进入自动检测工作状态。进入循环检测状态之后，内部的控制芯片会直接接触到系统所发出的信息控制指令，在接收到信息运行控制指令之后会直接打开定时器，并且将定时器的工作状态调整为中断，在定时器内部的子系统当中，通过电机控制算法有效保证驱动电机的正常稳定工作和运行。通过接收到系统控制指令之后可以实时性关闭系统中断单元，此时电机停止工作和运行，在每一个定时器中断子程序结束运行和工作之后，通过查询过压欠压以及过流等相关步骤信号，如果发现存在故障问题，需要及时封锁PWM输出信号同时闪烁故障报警灯，如果没有故障问题则继续循环工作，等到下一个定时器中断信号的输入。
定时器中断子程序是整个伺服驱动器控制算法的核心构成环节，在定时器的终端子程序当中可以完成电机的位置，速度以及工作电流控制等各项算法。定时器在工作过程中中断，周期大小为0.1ms，决定了PWM输出信号的工作频率也是电流环的工作周期，在进入定时器中断子程序之后，需要直接读取电机的位置速度以及电流信息等相关参数，有效控制电机的运行工作状态，最后输出控制电机的PWM信号[3]。
4.结束语
为了有效保证舰载雷达伺服系统的高性能工作要求，基于模块化的设计思想，以数字信号处理芯片和智能化功率模块来作为其中的核心单元，形成的一种伺服驱动器，可以有效实现良好的集成化和智能化控制效果。
参考文献：
[1]杜仁慧，秦雅，陶春荣，游新望.全数字交流伺服驱动器设计[J].雷达与对抗，2019，39（04）：32-35.
[2]支萌辉，尹泉，吕松垒，华强.基于ARM+FPGA的数字交流伺服驱动器设计[J].电气传动：1-8
[3].欧瑞SD20伺服系统在高速切丝机上的应用[J].智能机器人，2016（06）：67-68.