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首頁(yè)“『傲世皇朝注冊』Motionchip是一種性能優(yōu)異的專(zhuān)用運動(dòng)控制芯片，擴展容易，使用方便。本文基于該芯片設計了一款可用于直流有刷/無(wú)刷伺服電機的智能伺服驅動(dòng)器，并將該驅動(dòng)器運用到加氫反應器超聲檢測成像系統中，上位機通過(guò)485總線(xiàn)分別控制直流有刷電機和無(wú)刷電機，取得了很好的控制效果，滿(mǎn)足了該系統的高精度要求。
在傳統的電機伺服控制裝置中，一般采用一個(gè)或多個(gè)單片機作為伺服控制的核心處理器。由于這種伺服控制器外圍電路復雜，計算速度慢，從而導致控制效果不理想。近年來(lái)，許多新的電機控制算法被研究并運用于電機控制系統中，如矢量控制、直接轉矩控制等。隨著(zhù)這些控制算法的日益復雜，必須具備高速運算能力的處理器才能實(shí)現實(shí)時(shí)計算和控制。為了適應這種需要，國外許多公司開(kāi)發(fā)了控制電機專(zhuān)用的高檔單片機和數字信號處理器（DSP）?，F在，通常使用的伺服控制器的控制核心部分大都由DSP和大規?？删幊踢壿嬈骷M成，這種方案可以根據不同需要，靈活的設計出性能很好的專(zhuān)用伺服控制器，但是一般研制周期都比較長(cháng)。
MotionChip是瑞士Technosoft公司開(kāi)發(fā)的一種高性能且易于使用的電機運動(dòng)控制芯片，它是基于TMS320C240的DSP，外圍設置了許多電機伺服控制專(zhuān)用的可編程配置管腳。TMS320C240是美國TI公司推出的電機控制專(zhuān)用16位定點(diǎn)數字信號處理器，其具有高速的運算能力和專(zhuān)為電機控制設計的外圍接口電路。MotionChip很好的利用了該DSP的優(yōu)點(diǎn)，并集成多種電機控制算法于一身，以簡(jiǎn)化用戶(hù)設計難度為目的，設計成為一種新穎的電機專(zhuān)用控制芯片。MotionChip有著(zhù)集成全部必要的配置功能在一塊芯片的優(yōu)點(diǎn)，它是一種為各種電機類(lèi)型進(jìn)行快速和低投入設計全數字、智能驅動(dòng)器的理想核心處理器。具有如下特點(diǎn)：
·可用于控制5種電機類(lèi)型：直流有刷/無(wú)刷電機、交流永磁同步電機、交流感應電機和步進(jìn)電機，且易于嵌入到用戶(hù)的硬件結構中；
·可以選擇獨立或主從方式工作，并可根據需要，設置成通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口進(jìn)行多伺服控制器協(xié)同工作；
·可實(shí)現各種命令結構：開(kāi)環(huán)、轉矩、速度、位置或外環(huán)控制，步進(jìn)電機的微步進(jìn)控制，并可實(shí)現控制結構的配置，其中包括交流矢量控制；
·可以配置使用各種運動(dòng)和保護傳感器（位置、速度、電流、轉矩、電壓、溫度等）；
·使用各種通訊接口，可以實(shí)現RS232/RS485通訊、CAN總線(xiàn)通訊；
·基于Windows95/98/2000/ME/NT/XP平臺，強大功能的IPM Motion Studio 高級圖形編程調試軟件：可通過(guò)RS232快速設置，調整各參數與編程運動(dòng)控制程序。其功能強大的運動(dòng)語(yǔ)言包括：34種運動(dòng)模式、判決、函數調用，事件驅動(dòng)運動(dòng)控制、中斷。因此便于開(kāi)發(fā)和使用。
·可以通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫TMLlib,利用VC/VB實(shí)現PC機控制；也可以與Labview和PLC無(wú)縫連接，通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫，用戶(hù)可以在上層開(kāi)發(fā)電機的控制程序，研究控制策略。
本文是以MotionChip為控制器核心，直流無(wú)刷電機/有刷電機/永磁同步電機為控制對象進(jìn)行伺服驅動(dòng)器設計。設計指標為：適應12—36V寬范圍直流母線(xiàn)V邏輯電源輸入，最大輸出電流3A，峰值電流6A。在進(jìn)行伺服控制器設計之前，根據MotionChip的特點(diǎn)和伺服電機的特性進(jìn)行總體功能設計如下：
·采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的三環(huán)結構；三環(huán)都采用PID調節器；電機參數設置采用計算機輔助計算和工程整定相結合的辦法；
·具有通用伺服控制器接口，并可利用提供的人機接口進(jìn)行獨立參數設置，有網(wǎng)絡(luò )通訊接口進(jìn)行獨立參數設置，有網(wǎng)絡(luò )通訊接口方便外部監視和控制。
伺服系統的總體系統結構可以分為：MotionChip最小系統、驅動(dòng)電路、電流反饋檢測、外部控制接口、通訊接口等，如圖1所示。伺服驅動(dòng)器的硬件結構分為2個(gè)主要部分：驅動(dòng)電路部分：主要包括逆變橋、前置驅動(dòng)、電流檢測；
控制電路部分：包括反饋檢測、外部控制接口、通訊接口、MotionChip最小系統。
在MotionChip的基本系統中，選用美國Xicor公司的SPI串行EEPROM：X25650來(lái)存儲TML運動(dòng)指令。該EEPROM的存儲容量為8K×8bit，最大時(shí)鐘頻率可達5MHz。由于在MotionChip正常運行時(shí)指令訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間21ns，所以為了使程序高速有效的運行，增加了2片32可×8bit的靜態(tài)RAM：ASC256-12JC，該SRAM的存取時(shí)間為12ns，所以MotionChip對該芯片的存取時(shí)間為12ns，所以MotionChip對該芯片的存取數據時(shí)不需要插入等待狀態(tài)。并且該SRAM具有較低的活躍功耗，在待機狀態(tài)時(shí)可自動(dòng)進(jìn)入更加低功耗的節能狀態(tài)。MotionChip芯片本身提供了電機控制專(zhuān)用的接口，包括6路PWM信號，在使用中可以配置作為三相電機逆變橋的驅動(dòng)信號。當保護中斷PDPINT有效或電機使能信號ENABLE無(wú)效時(shí)，6路PWM信號立即進(jìn)入高阻狀態(tài)，使逆變橋全部截至，電機停轉。另外，MotionChip為每個(gè)PWM輸出對提供了可編程死區時(shí)間設置（0—102μs），所以不需要外部的死區邏輯電路。碼盤(pán)反饋信號接口有ENCA，ENCB，ENCZ，其中ENCA和ENCB是相位差90°的脈沖信號，ENCZ是碼盤(pán)清零信號。MotionChip可以對ENCZ和ENCB信號進(jìn)行四倍頻和辨向，然后送入增量計數器計數產(chǎn)生電機的位置信號，碼盤(pán)清零信號ENCZ可對計數誤差進(jìn)行修正。電機霍爾反饋信號HALL1，HALL2，HALL3，是為直流無(wú)刷電機/永磁同步電機進(jìn)行定位磁極設計的。其它重要引腳如DIR、PULSE直接作為電機脈沖指令的輸入接口。LSP，LSN可用來(lái)擴展作為運動(dòng)系統左、右限位事件的捕捉輸入。MotionChip有2個(gè)10位的A/D轉換器，每個(gè)都內建了采樣保持電路，最快采樣速率可達10kHz。模擬信號的輸入范圍通過(guò)MotionChip參考電平輸入管腳VREFLO和VREFHI確定。MotionChip可以工作在獨立運行和檢測引腳AUTORUN進(jìn)行方式選擇的，該引腳接高電平，MotionChip工作在從屬方式，接低電平工作在獨立運行方式。在獨立方式的工作條件下，MotionChip上電后，選檢測到AUTORUN的低電平，進(jìn)入獨立運行方式；然后自動(dòng)從SPI串行EEPROM中的開(kāi)始執行TML程序。
電機的PWM驅動(dòng)電路如圖2所示。本電路中，無(wú)刷直流電機采用全橋驅動(dòng)，這樣可以使用電機工作于四象限（正向驅動(dòng)、制動(dòng)及反向驅動(dòng)、制動(dòng)）。驅動(dòng)一個(gè)無(wú)刷直流電機需要6路PWM信號，而MotionChip的每個(gè)事件管理模塊（EV）中3個(gè)帶可編程死區控制的比較單元可以產(chǎn)生獨立的3對共6路PWM信號。所以在電路中，直接選用事件管理模塊B（EVB）中的比較單元來(lái)產(chǎn)生6路所需要的PWM信號，其輸出引腳為PWM7~PWM12，其中PWM7~PWM9輸出設為驅動(dòng)MOSFET功率管橋路的上半橋，PWM10~PWM12輸出驅動(dòng)下半橋。DSP輸出的這兩種3路PWM信號經(jīng)過(guò)IR2102前置放大后分別驅動(dòng)MOSFET功率管橋路的上半橋（Q1，Q3，Q5）和下半橋（Q2，Q4，Q6）進(jìn)行電機的驅動(dòng)。12
