电机驱动器及其位置反馈技术概览

大家好 欢迎大家参加德州仪器2017工业研讨会

我是德州仪器中国区业务拓展经理James Pang

今天由我和我的同事 德州仪器资深的

电气工程师 Igor An给大家

介绍一下德州仪器在工业电机驱动中的

旋变以及位置控制解决方案

今天的内容分为四部分

第一部分是工业电机驱动系统概览

第二部分是工业电机驱动位置反馈技术概览

最三部分是德州仪器PGA411

旋变方案的介绍

第四部分是德州仪器电机驱动位置方案的介绍

我来给大家介绍第一部分至第三部分的内容

Igor会给大家介绍第四部分的内容

这是一张典型的工业电机驱动器的系统框图

除了控制通讯反馈

功率和电源模块外

该框图又进一步对相关模块进行了细分

例如反馈模块里面 我们细化了

电压电流采样

位置反馈 及

隔离等等 此外还增加了主动前端及能量回馈模块

以及针对IAC61508

ISO26262等

功能安全性模块

框图中的所有模块 里面都会用到

各种类型的模拟及处理器件

在此框图中 绿色的表示模拟器件

蓝色的表示处理器

器件的类型涉及到电源

始终 ADC DAC

隔离 运放 接口

FAN 单电机 以及处理器等等

我们会在后面的模块章节中为大家一一介绍

各个器件的具体应用

在介绍具体的功能模块前

我们进一步了解一下工业驱动器的

功能分区以及常用术语

首先我们可以把驱动器分为冷端和热端两个区域

冷热端驱动之间加一个隔离

冷端又可以分为通讯 应用

及控制三部分区域

通讯这里指的是现场总线

包括了低速的串循通讯

如UART CAT

SYC SPI

USB等等

还有标准的以太网

以及实时的以太网

如EtherCAT Profit Net

Sercos III等等

应用区域包含了应用装置

应用路径规划

在线电机参数识别

以及特定的应用程序

比如出错 保护

功能安全性

程序等等

控制区域包含了有机控制

电流环的控制

思想定向控制FC

甚至还包含了速度和位置环的控制

热端这边除了功率模块

电压电流采样

最重要的功能区域就是功能反馈

位置反馈又分成两大类

一类是可测量的

即有传感类

第二类是可估算的

即无传感类

有传感类又可以分为模拟和数字两大类

模拟类的如sin cos

旋变等等

数字类的有真亮质 编码器

绝对值编码器

如index

[听不清]以及[听不清]等等

现在我们来简单了解一下

电机位置反馈技术

这是常见的电机位置传感器类型

在数字输出输入的传感器

常用语方波控制

如果用于正玄波控制的话

需要对其结果进行差时处理

还有带模拟输出的Hall传感器

以及带有模拟输出的磁阻传感器

它们都可以通过sin cos的方式提供绝对位置

以上这三种传感器的精度并不够高

在工业电机传感器里面 我们需要精度更高

性能更可靠的位置传感器

比如旋变 增量式编码器

绝对值编码器等等

旋变能够提供绝对位置信号

耐用可靠

但接口比较复杂

需要额外的力磁信号

还要对其输出的结果进行结算

增量式编码器能够输出相对位置

并且能够输出比如4相式编码器的信号

或者输出sin cos的模拟信号

绝对值编码器可以提供高精度的绝对位置

和角度信息

不同的厂商呢 有不同的输出格式和协议

主要的标准协议呢 有Endat 2.2

Hyperface 等等

有传感和无传感的对比

有传感的方式 角度信息可以

从安装在电机轴上的机械电子

设备测量出来

无传感的方式 角度的信息可以通过

电机向电流 向电压

反向电动势

以及电机参数用软件算法估算出来

无传感的算法主要用于扭矩

或者速度的控制

其优点在于低成本 高可靠性

不受温湿度等环境因素的影响

但很少被用于运动控制器

及4伏驱动器

或者大功率的驱动器中

德州仪器在C2000的平台上提供

Insta SPIN-FOC 的无传感的解决方案

在本次工业研讨会中

我们会有另外一个专题 对其进行详细的概述

大家好 欢迎大家参加德州仪器2017工业研讨会

我是德州仪器中国区业务拓展经理James Pang

今天由我和我的同事 德州仪器资深的

电气工程师 Igor An给大家

介绍一下德州仪器在工业电机驱动中的

旋变以及位置控制解决方案

今天的内容分为四部分

第一部分是工业电机驱动系统概览

第二部分是工业电机驱动位置反馈技术概览

最三部分是德州仪器PGA411

旋变方案的介绍

第四部分是德州仪器电机驱动位置方案的介绍

我来给大家介绍第一部分至第三部分的内容

Igor会给大家介绍第四部分的内容

这是一张典型的工业电机驱动器的系统框图

除了控制通讯反馈

功率和电源模块外

该框图又进一步对相关模块进行了细分

例如反馈模块里面 我们细化了

电压电流采样

位置反馈 及

隔离等等 此外还增加了主动前端及能量回馈模块

以及针对IAC61508

ISO26262等

功能安全性模块

框图中的所有模块 里面都会用到

各种类型的模拟及处理器件

在此框图中 绿色的表示模拟器件

蓝色的表示处理器

器件的类型涉及到电源

始终 ADC DAC

隔离 运放 接口

FAN 单电机 以及处理器等等

我们会在后面的模块章节中为大家一一介绍

各个器件的具体应用

在介绍具体的功能模块前

我们进一步了解一下工业驱动器的

功能分区以及常用术语

首先我们可以把驱动器分为冷端和热端两个区域

冷热端驱动之间加一个隔离

冷端又可以分为通讯 应用

及控制三部分区域

通讯这里指的是现场总线

包括了低速的串循通讯

如UART CAT

SYC SPI

USB等等

还有标准的以太网

以及实时的以太网

如EtherCAT Profit Net

Sercos III等等

应用区域包含了应用装置

应用路径规划

在线电机参数识别

以及特定的应用程序

比如出错 保护

功能安全性

程序等等

控制区域包含了有机控制

电流环的控制

思想定向控制FC

甚至还包含了速度和位置环的控制

热端这边除了功率模块

电压电流采样

最重要的功能区域就是功能反馈

位置反馈又分成两大类

一类是可测量的

即有传感类

第二类是可估算的

即无传感类

有传感类又可以分为模拟和数字两大类

模拟类的如sin cos

旋变等等

数字类的有真亮质 编码器

绝对值编码器

如index

[听不清]以及[听不清]等等

现在我们来简单了解一下

电机位置反馈技术

这是常见的电机位置传感器类型

在数字输出输入的传感器

常用语方波控制

如果用于正玄波控制的话

需要对其结果进行差时处理

还有带模拟输出的Hall传感器

以及带有模拟输出的磁阻传感器

它们都可以通过sin cos的方式提供绝对位置

以上这三种传感器的精度并不够高

在工业电机传感器里面 我们需要精度更高

性能更可靠的位置传感器

比如旋变 增量式编码器

绝对值编码器等等

旋变能够提供绝对位置信号

耐用可靠

但接口比较复杂

需要额外的力磁信号

还要对其输出的结果进行结算

增量式编码器能够输出相对位置

并且能够输出比如4相式编码器的信号

或者输出sin cos的模拟信号

绝对值编码器可以提供高精度的绝对位置

和角度信息

不同的厂商呢 有不同的输出格式和协议

主要的标准协议呢 有Endat 2.2

Hyperface 等等

有传感和无传感的对比

有传感的方式 角度信息可以

从安装在电机轴上的机械电子

设备测量出来

无传感的方式 角度的信息可以通过

电机向电流 向电压

反向电动势

以及电机参数用软件算法估算出来

无传感的算法主要用于扭矩

或者速度的控制

其优点在于低成本 高可靠性

不受温湿度等环境因素的影响

但很少被用于运动控制器

及4伏驱动器

或者大功率的驱动器中

德州仪器在C2000的平台上提供

Insta SPIN-FOC 的无传感的解决方案

在本次工业研讨会中

我们会有另外一个专题 对其进行详细的概述