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DM大民激光切割機驅動系統的設計
閱讀：133 發布時間：2023-6-151、DM大民激光切割機系統硬件的設計：
伺服運動控制系統通常由電流控制器、速度控制器、位置控制器、PMM控制等部分組成。本系統采用RMCK201專用運動控制芯片,用硬件實現電流控制器、速度控制器、正交解碼脈沖電路和PWM控制等功能,極大提高了系統的運算速度,減小了編程任務。本系統主電路由整流電路、濾波電路、智能功率模塊IPM和永磁同步電機等構成,控制電路包括PLC16F877A和RMCK201及其外圍電路,輔助電路包括位置速度檢測電路、故障檢測電路等。單片機與RMCK201搭建的伺服驅動系統結構框圖如圖1所示
1.1、運動控制芯片 IRMCK201:
IRMCK201是一個完整的交流伺服電機控制IC,是國際整流器集成電路公司設計的專用運動控制芯片,實現了高性能伺服驅動系統的閉環電流和閉環速度控制,包括基于編碼位置反饋接口基礎上的正弦交流電流閉環控制、速閉環控制的邏輯控制單元模塊、模擬和數字I/○接口,以及豐富的可配置外圍器件。主機通信邏輯除了支持RS232或RS422標隹通信端口,—個8位寬的主機并行接口,還有一個快速的從屬SP嗵通信接口,所有通信端口對主機設置相同的接入能力,即所有的通信端口都具有相同的訪問主寄存器的能力,但RS232或RS422通信協議的優先級比較低,使用時需屏蔽其他協議。用戶可以通過這些通信端口從預定義的寄存器寫入和讀取配置和監視驅動器此外,IRMCK201不同于傳統的微控制器或數字信號處理器,其不需要任何編程來完成復雜的交流伺服算法的開發。結合匡際整流器公司的高壓柵極驅動器R213X和電流傳感器IR2175,用戶可以用較少的元件數量設計一個完整的交流伺服控制系統lRMCK201主要由主機接口、供電電源接口、離散接口、PLL接口、運行外圍設備、模擬接口等部分組成。其內部結構框圖如圖2所示。
1.2、PIC16F877A與IRMCK201接囗電路：
PIC16F877A的通信端口如圖3
IRMCK201的通信端口如圖4
1.3、DM大民激光切割機逆變電路設計
IPM( Inte lligent Power Module,智能功率模塊)是一種較為理想的電力電子器件,通過接口與單片機連接,可以實現對電機的變頻調速控制。本系統的逆變電路以智能功率模塊IRAMS10UP60A為核心,其內部集成了多種功能電路,如過熱保護、6個開關通道自舉二極箮等,使逆變電路整體設計簡單。功率模塊的額定功率為750W,通過逆變直流母線電壓來改變驅動功率,控制小功率的同步伺服電機。模塊需要少量外圍電路,如自舉電路和過溫過流保護電路,保證速度門調節的實現逆變電路采用智能功率模塊IRAMS10UP60A,同分離元件組成的功率驅動電路相比,其內部集成了多種功能電路,簡化了系統硬件電路,且安全性、可靠性以及穩定性更好。
1.4、DM大民激光切割機電流采樣電路設計
IR2175是國際整流公司專為交流或直流無刷電機的驅動應用而設計的高壓線性電流傳感器。IR2175的模擬輸入信號串聯在電機相繞組回路中,通過采集采樣電阻的壓降,將電流信號從電機的上橋臂驅動電路轉換到下橋臂驅動電路,使電流信號能夠被以地為參考電位的控制電路處理。IR2175內置電流檢測和保護電路,不需要A/D轉換芯片就能自動將輸入模擬信號轉換成數字PWM信號輸出。與傳統的霍爾電流傳感器相比,IR2175的優點是數字PWM輸出、溫漂低。對于三相交流永磁同步電機.選取兩相即可,本系統對∨相和W相采樣,采樣電阻為10mΩ,采樣電路如圖5所示。
1.5、DM大民激光切割機電壓監控電路設計
IRMCK201內置有A/D接口電路,當MUX_1A=0、MUX_1B=1時,控制數據選通器CD4052選通電壓采樣信號,其中差分電路由運算放大器TLV2374構成,將主電路上0-400V的直流母線電壓按比例縮小至數據選通器能夠接收的0-4V范圍內。A/D轉換芯片ADS7818上的5 CONV、6 DATA、7CLK三個引腳直接與IRMCK201相連。由運算放大器TLV2374、數據選通器CD4052及12位高速A/D轉換器ADS7818構成的電壓監控電路如圖6所示。
1.6、DM大民激光切割機編碼器接口電路設計
IRMCK201帶有增量式編碼器接口電路,可配置范圍從200~10000PPR的光電碼盤線數,脈沖頻率可達1MHZ。對轉子的磁極位置實施精確定位才能實現高精度的速度控制,本系統采用三相交流永磁同步電機內置的一個2500PPR的混合式光電編碼器,經過高速反向緩沖器MM74HCI4M整形后,使用U、V、W信號粗測起始時轉子位置,以實現電動機的自啟動。編碼器接口電路如圖7所示。
1.7、DM大民激光切割機路光電隔離
IRMCK201輸出高速PWM脈沖信號,而IRMCS10UP60A對PWM脈沖的要求較高,為避免電磁干擾,需進行光電隔離,HCPL2631是為智能功率模塊PM等設計的雙通道光耦波特率為10Mbps。本系統采用HCPL2631設計出6路光電隔離電路,如圖8所示.
