अंकीय सर्वो ड्राइव

उच्च - एसी स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स का प्रदर्शन नियंत्रण प्राप्त करने के लिए, टोंगंग ने डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) और एक बुद्धिमान पावर मॉड्यूल (आईपीएम) के आधार पर एक पूरी तरह से डिजिटल एसी सर्वो ड्राइव डिज़ाइन किया। यह डिज़ाइन मुख्य रूप से ड्राइव के मूल सिद्धांतों, सर्वो नियंत्रण इकाई के हार्डवेयर डिजाइन और सॉफ्टवेयर कार्यान्वयन प्रक्रिया को कवर करता है। हमारे आरएंडडी टीम के प्रायोगिक परिणामों से पता चलता है कि डिज़ाइन की गई ड्राइव मोटर को स्थिर रूप से स्टेप और साइनसोइडल संकेतों को ट्रैक करने के लिए ड्राइव कर सकती है, जबकि उत्कृष्ट गतिशील प्रदर्शन और स्थिर - राज्य सटीकता का प्रदर्शन करते हुए, निरंतर नियंत्रण मापदंडों को बनाए रखते हुए।

शिपबोर्न रडार प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास ने सटीकता, गति स्थिरता और विश्वसनीयता पर नज़र रखने के लिए सर्वो सिस्टम पर उच्च मांगें रखी हैं। इसके लिए एसी सर्वो ड्राइव की आवश्यकता होती है, जो बेहतर गतिशील प्रदर्शन, स्थिर - राज्य सटीकता, बहुमुखी प्रतिभा और उपयोग में आसानी की पेशकश करता है। एसी सर्वो ड्राइव चुंबकीय एम्पलीफायर नियंत्रण, ट्रांजिस्टर नियंत्रण, एकीकृत सर्किट नियंत्रण और कंप्यूटर नियंत्रण के माध्यम से विकसित हुआ है, और अब डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) और इंटेलिजेंट पावर मॉड्यूल (आईपीएम) के उद्भव द्वारा चिह्नित एक नए युग में प्रवेश किया है। इसने एसी सर्वो ड्राइव के संशोधन और पूर्ण डिजिटलीकरण को सक्षम किया है।

मोटर नियंत्रण के लिए DSPs असाधारण डेटा प्रसंस्करण क्षमताओं और उच्च गति की पेशकश करते हैं, जो उन्हें जटिल एसी सर्वो नियंत्रण एल्गोरिदम को लागू करने और सिस्टम नियंत्रण सटीकता और विश्वसनीयता में सुधार के लिए उपयुक्त बनाते हैं। IPM (इंटरमीडिएट चरण नियंत्रक) (IPM) पल्स - चौड़ाई मॉड्यूलेशन (PWM) तकनीक का उपयोग करता है ताकि DC पावर को AC पावर में समायोजित वोल्टेज और मोटर नियंत्रण के लिए आवृत्ति के साथ एसी पावर में परिवर्तित किया जा सके। यह IGBTS और उनके ड्राइव सर्किटरी को एकीकृत करता है, और शॉर्ट सर्किट, ओवरक्रैक, अंडरवोल्टेज और ओवरहीटिंग के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करता है। यह उच्च एकीकरण, व्यापक सुरक्षा सुविधाओं और उत्कृष्ट विश्वसनीयता का दावा करता है। यह पेपर डीएसपी और आईपीएम के आधार पर पूरी तरह से डिजिटल एसी सर्वो ड्राइव का प्रस्ताव करता है। यह पूर्ण बंद - मोटर की स्थिति, गति और वर्तमान के लूप नियंत्रण को प्राप्त करने के लिए एक वेक्टर नियंत्रण एल्गोरिथ्म को नियुक्त करता है। हम सर्वो कंट्रोल यूनिट के हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर डिज़ाइन पर ध्यान केंद्रित करते हैं और मोटर के संचालन से प्रायोगिक परिणाम पेश करते हैं।

सर्वो ड्राइव सिद्धांत

एक एसी सर्वो ड्राइव में मुख्य रूप से दो मुख्य घटक होते हैं: एक सर्वो नियंत्रण इकाई और एक पावर ड्राइव इकाई।

सर्वो नियंत्रण इकाई में पावर रूपांतरण सर्किट ड्राइव में विभिन्न मॉड्यूल को +5 v और ± 15V पावर प्रदान करता है। सर्वो कंट्रोल सर्किट को रिज़ॉल्वर सिग्नल और तीन - चरण वोल्टेज और मोटर कंट्रोल के लिए मोटर से वर्तमान सिग्नल प्राप्त होते हैं। यह बस ओवरवॉल्टेज और अंडरवोल्टेज सिग्नल, तीन - चरण ओवरक्रैक सिग्नल, और आईपीएम फॉल्ट सिग्नल फॉल्ट डिटेक्शन और प्रोटेक्शन के लिए भी प्राप्त करता है। यह एक बंद - लूप कंट्रोल एल्गोरिथ्म चलाता है और छह पीडब्लूएम सिग्नल को आउटपुट करता है।

पावर ड्राइव यूनिट मोटर को नियंत्रित करने के लिए एक बुद्धिमान पावर मॉड्यूल के माध्यम से उचित आयाम और आवृत्ति के एसी पावर में डीसी पावर को परिवर्तित करते हुए, डीसी पावर को एसी पावर में परिवर्तित करने के लिए इनपुट तीन - चरण एसी पावर को ठीक करता है और फ़िल्टर करता है। यह बस वोल्टेज और तीन - चरण वोल्टेज और ड्राइव नियंत्रण और सुरक्षा के लिए वर्तमान संकेतों का पता लगाता है।

सर्वो नियंत्रण सर्किट हार्डवेयर डिजाइन

सर्वो नियंत्रण सर्किट एसी सर्वो ड्राइव का मुख्य हिस्सा है, और इसके मुख्य कार्य निम्नानुसार हैं:

कमांड और फीडबैक सिग्नल प्राप्त करता है;
रन बंद - लूप सर्वो कंट्रोल एल्गोरिदम;
PWM आउटपुट सिग्नल उत्पन्न करता है;
उच्च प्रदर्शन के लिए मोटर संचालन को नियंत्रित करता है;
ओवरवॉल्टेज, अंडरवोल्टेज, ओवरक्रेक्ट, और आईपीएम विफलताओं के खिलाफ वास्तविक - समय का पता लगाने और विभिन्न गलती जानकारी के प्रसंस्करण के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करता है।

मॉड्यूलर डिजाइन के आधार पर, सर्वो नियंत्रण सर्किट एक DSP+FPGA हार्डवेयर वास्तुकला का उपयोग करता है।

DSP चिप मुख्य रूप से उच्च - मोटर के प्रदर्शन नियंत्रण को महसूस करती है, जिसमें निम्नलिखित फ़ंक्शन शामिल हैं

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(2) इसमें एक ECAN संचार मॉड्यूल है, जो होस्ट कंप्यूटर के साथ संचार का एहसास कर सकता है, नियंत्रण निर्देश प्राप्त कर सकता है और ड्राइवर के विभिन्न ऑपरेटिंग और फॉल्ट स्टेट्स भेज सकता है;

(3) इसमें कई स्वतंत्र रूप से प्रोग्राम करने योग्य मल्टीप्लेक्स सामान्य - उद्देश्य इनपुट और आउटपुट इंटरफेस (GPIO) है, जो ड्राइवर के i0 नियंत्रण का एहसास कर सकता है;

4) इसमें 12-बिट ए/डी कनवर्टर है, जो एनालॉग इनपुट नियंत्रण का एहसास कर सकता है;

(५) इसमें एक आईसी बस मॉड्यूल है, जो E2PROM के साथ संचार का एहसास कर सकता है, ड्राइवर के नियंत्रण मापदंडों और ऐतिहासिक दोषों को संग्रहीत कर सकता है;

(6) इसमें एक उच्च - रिज़ॉल्यूशन पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (PWM) मॉड्यूल है, जो आसानी से मोटर के PWM नियंत्रण का एहसास कर सकता है;

(7) इसमें एक समानांतर बस बाहरी इंटरफ़ेस (XINTF) है, जो FPGA चिप के साथ संचार का एहसास कर सकता है, स्थिति, गति और वर्तमान जैसी स्थिति की जानकारी प्राप्त कर सकता है, और गलती की जानकारी जैसे कि ओवरवॉल्टेज, अंडरवोल्टेज, ओवरक्रेन्ट और आईपीएम फॉल्ट।

FPGA चिप मुख्य रूप से स्थिति, वोल्टेज, वर्तमान और गलती संकेतों को संसाधित करती है, जिसमें निम्नलिखित फ़ंक्शन शामिल हैं

(1) परिधीय आरडीसी मॉड्यूल के माध्यम से मोटर की स्थिति की जानकारी प्राप्त करें और संसाधित करें;
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(3) डीएसपी चिप को संसाधित स्थिति की जानकारी और गलती की जानकारी भेजें;
(4) डीएसपी चिप द्वारा भेजे गए पीडब्लूएम सिग्नल को प्राप्त करें, इसे इंटरलॉक करें, और इसे आउटपुट करें;
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सर्वो नियंत्रण सॉफ्टवेयर डिजाइन

सर्वो नियंत्रण सॉफ्टवेयर एक डीएसपी चिप पर चलता है, मुख्य रूप से कमांड और फीडबैक स्थिति जानकारी प्राप्त करता है। यह तब तीन बंद - मोटर की स्थिति, गति और वर्तमान के लिए वर्तमान नियंत्रण एल्गोरिदम का उपयोग करके लूप नियंत्रण लूप को लागू करता है। बंद - लूप नियंत्रण सिद्धांत ब्लॉक आरेख चित्र 3 में दिखाया गया है। पीआई नियंत्रण एल्गोरिदम को सभी तीन बंद - लूप्स के लिए कमांड और फीडबैक के बीच त्रुटि के आधार पर डिज़ाइन किया गया है। वर्तमान नियंत्रण एल्गोरिथ्म मोटर के लिए फ़ील्ड - उन्मुख वेक्टर नियंत्रण को नियोजित करता है। क्लार्क और पार्क ट्रांसफॉर्म्स का उपयोग तीन - चरण वर्तमान में स्थिर एबीसी समन्वय प्रणाली में दो - घूर्णन DQ समन्वय प्रणाली में चरण वर्तमान में बदलने के लिए किया जाता है। एक बंद - लूप एल्गोरिथ्म का उपयोग मोटर के DQ अक्ष धाराओं को विनियमित करने के लिए किया जाता है, जो तब उलटा पार्क ट्रांसफॉर्म, उलटा क्लार्क ट्रांसफॉर्म और PWM का उपयोग करके समायोजित किया जाता है। स्टेटर के तीन - चरण वोल्टेज को मोटर नियंत्रण प्राप्त करने के लिए समायोजित किया जाता है।

सर्वो नियंत्रण सॉफ्टवेयर में मुख्य रूप से एक मुख्य कार्यक्रम और एक रुकावट दिनचर्या होती है। मुख्य कार्यक्रम पहले सिस्टम को इनिशियलाइज़ करता है, प्रत्येक कंट्रोल चिप मॉड्यूल और सिस्टम मापदंडों के लिए रजिस्टर मापदंडों को कॉन्फ़िगर करता है। यह तब एक स्व - चालक की स्थिति का परीक्षण करता है, यह निर्धारित करने के लिए कि क्या सभी घटक ठीक से काम कर रहे हैं। यदि स्व - परीक्षण विफल हो जाता है, तो गलती संकेतक अलार्म के रूप में चमकती है। यदि स्व - परीक्षण पास होता है, तो पावर जुड़ा हुआ है और सर्किट एक लूप स्थिति में प्रवेश करता है। एक बार लूप राज्य में, नियंत्रण चिप पहले नियंत्रण कमांड प्राप्त करता है। एक रन कमांड प्राप्त करने पर, टाइमर इंटरप्ट सक्षम होता है। टाइमर इंटरप्ट सबरूटीन मोटर नियंत्रण एल्गोरिथ्म को निष्पादित करता है, मोटर चलाता है। स्टॉप कमांड प्राप्त करने पर, टाइमर इंटरप्ट को अक्षम कर दिया जाता है, मोटर को रोकता है। प्रत्येक टाइमर को बाधित करने के बाद सबरूटीन पूरा हो जाता है, यह ओवरवॉल्टेज, अंडरवोल्टेज और ओवरक्रेक्ट जैसे गलती संकेतों के लिए जांच करता है। यदि एक गलती का पता चला है, तो PWM आउटपुट सिग्नल तुरंत अक्षम हो जाता है और गलती संकेतक अलार्म के रूप में चमकती है। यदि कोई गलती का पता नहीं चला है, तो सर्किट लूप और अगले टाइमर रुकावट का इंतजार करता है।

टाइमर इंटरप्ट सबरूटीन सर्वो ड्राइव कंट्रोल एल्गोरिथ्म का मूल है, जो मोटर स्थिति, गति और वर्तमान नियंत्रण एल्गोरिदम को पूरा करता है। टाइमर इंटरप्ट अवधि 0.1ms है, जो PWM आउटपुट को निर्धारित करता है। आउटपुट सिग्नल की आवृत्ति भी वर्तमान लूप की अवधि है। टाइमर इंटरप्ट सबरूटीन में प्रवेश करने के बाद, मोटर की स्थिति, गति और वर्तमान जानकारी को पहले पढ़ा जाता है। फिर, ऑपरेटिंग मोड के आधार पर, स्थिति, गति, या वर्तमान कमांड पढ़ा जाता है और इसी नियंत्रण एल्गोरिथ्म को निष्पादित किया जाता है। अंत में, मोटर को नियंत्रित करने वाला PWM सिग्नल आउटपुट है।

प्रायोगिक परिणाम

विकसित एसी सर्वो ड्राइव में लगभग 6 किलोवाट की आउटपुट पावर है। इसके नियंत्रण प्रदर्शन की जांच करने के लिए, 5.5 किलोवाट की रेटेड पावर के साथ एक टोंगंग इवो मोटर और 3200 आरपीएम की रेटेड गति का उपयोग किया गया था।

प्रयोग 1: रेटेड गति पर एक कदम सिग्नल को ट्रैक करना। प्रयोगात्मक परिणाम आंकड़े में दिखाए गए हैं।

जैसा कि आंकड़े से देखा जा सकता है, 3200 आर/मिनट स्टेप सिग्नल को ट्रैक करते समय मोटर का उदय समय लगभग 80ms है, जिसमें 1.5%की ओवरशूट होती है। शिखर - से - स्थिर अवस्था में चरम गति में उतार -चढ़ाव 5 r/मिनट से कम है। यह दर्शाता है कि डिज़ाइन किए गए ड्राइवर में उत्कृष्ट गतिशील प्रदर्शन और स्थिर - राज्य सटीकता है।

प्रयोग 2: रेटेड गति पर एक साइनसोइडल सिग्नल को ट्रैक करना। प्रयोगात्मक परिणाम आंकड़े में दिखाए गए हैं। जैसा कि आंकड़े से देखा जा सकता है, मोटर अच्छी तरह से 3200 आर/मिनट के आयाम और 1 एस की अवधि के साथ एक साइनसोइडल सिग्नल को ट्रैक कर सकती है, जिसमें 20 आर/मिनट से कम की चोटी ट्रैकिंग त्रुटि होती है। यह दर्शाता है कि डिज़ाइन किया गया ड्राइवर मोटर को स्टेप और साइनसोइडल सिग्नल दोनों को ट्रैक करने के लिए ड्राइव कर सकता है, जबकि निरंतर नियंत्रण मापदंडों को बनाए रखते हुए, उत्कृष्ट अनुकूली प्रदर्शन का प्रदर्शन करता है।

सारांश

सर्वो सिस्टम्स के उच्च - प्रदर्शन नियंत्रण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, टोंगंग ने मॉड्यूलरिटी के आधार पर एक एसी सर्वो ड्राइवर तैयार किया है। यह ड्राइवर एक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग चिप और अपने मुख्य घटकों के रूप में एक बुद्धिमान पावर मॉड्यूल का उपयोग करता है। ड्राइवर एक कॉम्पैक्ट संरचना, उच्च हार्डवेयर एकीकरण और उन्नत सॉफ्टवेयर नियंत्रण एल्गोरिदम का दावा करता है। प्रायोगिक परिणाम प्रदर्शित करते हैं कि डिज़ाइन किए गए एसी सर्वो ड्राइवर, निरंतर नियंत्रण मापदंडों को बनाए रखते हुए उच्च प्रदर्शन के साथ कदम और साइनसोइडल सिग्नल दोनों को ट्रैक करने के लिए मोटर चला सकते हैं, और उत्कृष्ट अनुकूली प्रदर्शन को प्रदर्शित करते हैं।