瑞萨电子32位MCU在伺服电机中的应用

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在伺服系统中，由于交流永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。目前永磁同步交流伺服技术已成为工业自动化的支撑技术之一。
　　本文以瑞萨电子 32位变频用MCU V850E/IX3 UPD70F3454为例，阐述其在交流伺服系统中的应用。
　　关于瑞萨电子UPD70F3454
　　UPD70F3454是瑞萨电子开发的用于变频控制的32位高性能MCU，使用V850核、RISC架构、5级流水线、内置DSP功能、最大64MHZ，内置256K flash ROM及相关外围功能，例如DMA控制器，定时器/计数器，串行接口UART、SPI、IIC，A/D，总线控制器，低压检测，片上调试等。针对变频控制，UPD70F3454提供有2组六相PWM输出、两组独立的12位AD转换器，内置比较器和运放，两组编码器输入计数器，高度集成了伺服电机控制所需的外围设备，并且可以实现用一个MCU实现对两个伺服电机的控制。
　　系统原理
　　1、系统硬件结构：
　　基于UPD70F3454的伺服控制系统硬件如下图。主要包括：
　　⑴、MCU UPD70F3454及其周边电路，3454为核心控制器，接收外部信号，判断系统的工作模式，并转换成逆变器的开关信号输出，隔离后后驱动IPM，EEPROM用于参数的保存和用户信息的存储。RS232模块负责与上位机进行通信，或者直接通过上位机发送速度、方向控制信息;编程、调试可以通过MINICUBE、MINICUBE2、PG-FP5。
　　⑵、IPM驱动电路，MCU输出6相PWM信号，经过光耦隔离传送、IPM全桥逆变输出，驱动伺服电机工作的强电电路。
　　⑶、电流采样，系统至少需要采样两相电流，如Ia和Ic，采样电路的信号经3454内部AD模块的运放、比较器后进行模数转换。
　　⑷、转子位置检测，由增量式光电编码器输出的正交编码信号A、B、Z输入至MCU的TMT模块，可以判断电机转子的位置和电机转速信号。
　　⑸、传感器信号的输入，包括脉冲量输入、模拟输入、开关输入等及与其他MCU的通信。
　　




　　图： 瑞萨电子UPD70F3454伺服控制硬件结构图
　　2、特点及优势：
　　①、精细的全数字化控制。采用瑞萨电子 32位专用变频MCU，64MHZ CPU和PWM操作时钟，高精度频率输出。
　　②、低廉的系统成本。UPD70F3454搭载有上电清零、电压检测、稳压器、4个运放、8个比较器、编码器接口等丰富外设资源。
　　③、丰富周边功能。5V单电源、外部总线、DMA控制器。
　　④、提供安全、安心的高端变频电机评价系统，对系统各个模块有软件的参考代码,比如PWM、AD、TMT等模块，用户可以很方便的在原系统上进行二次开发。并且有电机组强大的支持团队。
　　UPD70F3454除了高速实时响应和单时钟指令外，还支持乘法指令、饱和运算、位操作等为数字伺服控制系统而优化的指令。本文基于UPD70F3454的伺服控制系统，充分利用MCU内部资源情况下，电路设计简单、外围器件少，满足矢量控制的实时要求，实现伺服的全数字化的控制。而低成本高性能的MCU控制特性使得该系统具有很好的应用前景。
　　目前，UPD70F3454已在客户的通用伺服、纺织机械、缝纫机得到普遍应用。详细的产品资料及技术支持请联系瑞萨电子授权代理商世强电讯。