第四五章 设置PMAC2的正弦波输出控制.docx
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第四五章设置PMAC2的正弦波输出控制
第四章设置PMAC2的正弦波输出控制
怎样设置换相控制方案
这一节解释了当PMAC2对电机进行换向控制方案,这不是指数字电流回路,在这种模式下,PMAC2输出两相电流命令到放大器,通常通过数模转换器DACS以模拟量电压的形式输出。
在稳定状态下,这些电压是对时间的正弦博曲线,所以这种模式常被称为正弦波输出方式。
硬件配置
对于PMAC2来说,以正弦波模拟量输出模式下控制一台电机,因为TMACH接口通道被占用,需要将一块ACC-8E模拟量接口或相类似产品接到JMACH的接线端上,ACC-8E板包含了DACs输出,OP-AMPS使能信号,编码器反馈和标志信号借口,以及光电隔离回路,接下来讨论假设一块ACC-8E被使用的情况。
DAC输出信号
ACC-8E上的DACA和DACB输出应连接到正弦波放大器上相应的相位命令输入,如果放大器上的输入是单端的只是用DAC+输入,悬空DAC-输出;切勿接地!
如果放大器上的输入是差分的,那么同时使用DAC+和DAC-输出,每一种方式下,ACC-8E上的AGND参考电压都应接到放大器输入的参考端。
图4-1PMAC/PMAC2模拟量环的换相算法
放大器使能和报警信号
ACC-8E上的放大器使能输出可控制继电器,常开或常闭,报警信号由放大器输出,按入ACC-8E上时,可选择是源极配置(12V-24V)或漏电电极(地),且该信号是光电隔离的。
编码器反馈
ACC-8E可接受了增量正交编码器反馈,或者单端信号以及不同的5V到12V范围内其它形式信号。
其他辅助信号
ACC-8E通过JMACH口的U1、V1、W1接口信号接收霍尔效应的反馈信号。
PMAC2参数配置
PMAC2型卡全局控制硬件信号的参数设定
少数设定全局或多通道硬件操作的变量必须对模拟量正弦模式进行正确设定,这些变量在I900到I909范围内。
相位时钟频率控制:
I900,I901
每相时钟周期,PMAC2执行对电机的换相控制,I900和I901一起决定了每相时钟频率,典型地,相时钟频率在8KHz的范围内,60KHz的PMAC2对8轴进行换相可达12KHz,I900和I901的缺省值为9.03KHz的相时钟频率,几乎所有的应用都适用。
I900决定最高向市中心好的频率,由此得到世纪的向市中信号,它同时决定了1到4通道的PWM周其频率。
如果你需在通道1-4生产PWM信号,参考章节,使用PMAC2以直接PWM控制,会提供细节,并且使用I901以选择你的相时钟如何从最高相取得。
如果你不需要在通道1-4生产PWM信号,那么设定I900以使用最高相时钟频率等于你想要的相时钟频率。
使用一下公式:
117,964.8KHz
2×MaxPhaseFre(KHz)
I900=int
I901决定实际相时钟如何由最高时钟生产,使用以下等式:
MaxPhaseFreq(KHz)
I901+1
PhaseFreq(KHz)=
I901是一个范围在0到15范围内的一个整数值,允许1到16的分频范围,每一个伺服周期更新过程,PMAC2更新指令位置,(插处)并且关闭所有激活电机的位置/速度反馈回路,而不管换相和/或数字电流反馈回路被PMAC2更新关掉,典型的伺服时钟频率为1到4KHz。
I10告知PMAC2在伺服周期间需多长时间,它必须随I900,I901或I902的改变而随时改变,I10通过下列公式计算:
640
9
I10=×(2×I900+3)(I901+1)(I902+1)
硬件时钟频率控制I903、I907
I903决定用作设备接口通道的1-4的四个硬件时钟信号的频率;I907对通道5-8起同样作用,这些很可能被设备缺省值。
四个硬件时钟信号为SCLK(编码器采样),PFM-CLK(脉冲频率时钟),DAD-CLK(数模转换器时钟),和ADC-CLK(模数转换器时钟)。
只有DAC-CLK信号同正弦波输出直接有关,用以控制到DACS的串行数据流的频率,缺省得DAC时钟频率为409152MHz对推荐的ACC-8E模拟量接口板的DAC是非常使用的,参考I903和I908的描述可得到关于设定这些变量的详细信息。
编码器SCLK频率应当最少比在任何轴上可能的最大计数速率大出20%,超过这个最小值的更高的SCLK频率也可使用,但这样会使数字延迟消除噪声过滤器效果降低。
DAC滤波控制:
I905、909
PMAC2对每块卡的4个JMACH通道产生一个通用的DAC闪通脉冲字,它是通过在每个相时钟周期转换出一个24位字而完成的。
每个DAC时钟周期一位,首先最为重要,I905包含了通道1-4的字;i909包含了通道5-8的字,缺省值$7FFFCo对于推荐的ACC-8E模拟接口板上的DACs时非常适合的。
设置每个通道硬件信号的参数
对于用作正弦波模拟量输出的每一JMACH接口通道n(n=1到8),下面几个I变量必须贝正确设定。
编码器反馈控制:
I9n0
I9n0必须被社定为对正交编码进行正确解码,几乎总是社为7,表示对正交编码器的4倍解码,(每个编码器解码4次计数),3和7的不同在于编码器的反馈方向,你应当设定这个变量以便你的电机可按你想要的方向相上计数。
对于专门的界线,Ix72换相角参数的极性传感器必须匹配I9n0;如果接错了,你将会锁住一个位置而不能产生持续的扭矩,以下会给出一个测试以决定极性匹配,注意,如果你改动一个正在工作的奠基的I9n0,你必须同时改变Ix72.
输出模式控制:
I9n6
I9n6必须被设定为1或3以制定通道n的输出A和B是在DAC模式,而不是PWM。
设为1输出C信号在PWM模式(这种模式部用作伺服或交换目的);设为3输出信号在PFM模式。
输出翻转控制:
I9n7
I9n7控制送到通道nDAC的一系列数据流是否翻转,缺升值为0(无翻转)对推荐的ACC-8E模拟量接口板是非常适用的,翻转一半数据的的为会对负向DAC电压输出产生影响,在一个交换算法中,相当于切换180°角的相位,如果系统在翻转前正在正常工作的情况下,这样做会生产失控。
设定电机操作的参数
对于每个电机x来说,n个I变量必须被设定以便能和组态电机的正弦波输出,当然,Ix00必须被设为1,对电机来说输出模式不必注意。
换相便能:
Ix01
Ix01设为1是激活电机x的换向算法
命令输出地址:
Ix02
Ix02指令PMAC2对于电机x通过制定地址将输出命令放到哪里,Ix02的缺省值适用DAC寄存器A和B作为JMACH接口通道n,这里n=x,通道制定DAC寄存器A的地址,Ix02很少因为DAC的适应需将缺省之改变。
这个值的典型使用如下表4-1DAC命令输出地址(Y-寄存器)
当在MACRO环上执行正弦波输出控制时,对于使用的节点,Ix02指向一套双MACRO输出寄存器的第一个,这个值的典型使用如表4-2,对于不论是MACRO的0型和1型协议的使用是独立的:
换相周期尺寸:
Ix70、Ix71
Ix70和Ix71定义换向周期的大小(电气周期),这个周期等于Ix71除以Ix70,在编码器计数中表示(在解码之后)Ix70和Ix71必须都是整数,但Ix70和Ix71的比率不必是一个证书,在一个旋转电机上,Ix71被典型地设为每个机械分辨率的计数值,Ix70被设为电极对数(极数的一半),它等于每个机械分辨率的环向周期数目。
换相角:
Ix72
Ix72设定从相位A到相位B的角度作为换向周期的拐点,PMAC2将换向周期(360°)分成256个部分对于3电机,A与B的角度可以是1/3圆,(Ix72=85)或者2/3(Ix32=171),对于2相或4相电机,由A到B角度可以是1/4圆(Ix72=64)或(Ix72=192)
正确的Ix72的选择依赖于换向反馈编码器的方向传感器,这决定于它的绕线,编码器译码变量I9n0和电机相位的绕线,这个选择通常经验地通过下列测试来确定,改变Ix72为85和175等同于改变电机的两相绕线。
换向反馈地址:
Ix83
Ix83指定用以换相位值反馈寄存器地址,对于通道n(n=x),在PMAC2的门阵列绕线电路中,这几乎总是编码器相位位置寄存器的地址,这个地址对Ix83来讲是缺省值,这个值典型的用法如下:
表4-3换向位置反馈地址(X-寄存器)
当在MACRO换上执行正弦控制时,Ix83指向对于所用节点的位置反馈寄存器,这些是Y寄存器,所以Ix83的位19必须设为1,这些值的典型应用依赖于是否MACRO类型0或类型1协议被节点采用:
表4-4MACRO换向反馈寄存器
建立基本输出
操作一个快速测试可以建立换向输出,驱动和电机,反馈的基本操作,这个测试使用输出偏差变量Ix29和Ix79来强制电流直接进入指定的相位并驱动电机像一台步进电机,这个测试可以用来证明:
Ø从ACC-8E板可或的输出电压
Ø电机相位上的电流
Ø这个电流电机锁入一个位置
(它只对同步电机有效)
Ø设定Ix72换向相位角参数的正确极性(它只对同步电机有效,对于一台异步感应电机,Ix72的极性可能必须由轨迹和偏差来决定)
执行测试
这个测试通过从终端窗口执行程序中键入一些简单命令可以很容易地执行,它可用一个例子很好地阐述,这里使用电机1,出于安全原因电机首先应空载的情况下使用:
程序:
M101X:
$C001,24,S
;编码器1相位置寄存
#100
;指令零输出
I129=2000
;右第1相指令2000位数的正偏置值
M101
;查询电机位置(在电机设定之后)
382
;PMAC2响应的位置值
I179=2000
;右第2相指令2000位数的正偏置值
M101
;查询电机位置(在电机设定之后)
215
;PMAC响应的位置值
如果伺服回路反馈已经由Ix03一起建立,位置询问P命令,或位置窗口在执行程序中,可被用来代替Mx01编码器位置寄存器。
判断基本操作
设定一个非零值给Ix29将会给DACAn一个电压值,这可以通过电压表或示波器看出来,它同时也将给电机的匹配相位中一个电流值,这可以通过电流表看出来,对于相位B,设定一个非零值给Ix79也会有同样的结果。
当一个Ix29偏差给出时,一台同步电机会锁入一个位置并保持,因为电机中短期漩涡电流,感应电机会明显地在一段时期内锁住。
当Ix79偏差增加时,同步电机将锁住一个新位置,离原位有一点变化,感应电机可能会这样,也可能不会。
评估极性匹配
通过两步骤间观察电机方向,我们可以正确地设定Ix72,如果位置向负方向改变,Ix72对于3相电机应被设置在128到85之间,对2相或4相电机应设在64。
如果位置正向改变,Ix72应被设在对于3相电机是128到171之间,对于2相或4相电机设在192。
对于在这个例子当中的电机,我们总结出,如果4相电机我们需要的值为64,对于3相电机为85。
如果编码器反馈在因为系统的原因不断地改变,I172应当同样地改变,一匹配之。
第五章设定PMAC2换向
(直接PWM或正弦颇波)
数字电流回路的操作
通过这一节,对于直接PWM控制应当建立起正确基本操作,换向I变量Ix70和Ix71(换向周期大小),Ix72(换向相位角),和Ix83(换向反馈地址)应正确设定,这章节中解释的,下一步对两种控制类型是通用的,使用一个共享的换向算法。
确定换向极性匹配
对于PMAC2换向算法的正常工作,输出相位的极性必须匹配反馈极性,如果有一个不匹配,算法将电机锁定在零扭矩一个点,对于同步电机,我们在前面章节里只是测试极性匹配,而我们这里能确认结果,对于同步感应电机,我们可能首先测试极性,测试可看出是否有一个简单匹配,另外同步电机和异步电机有轻微差异。
同步电机测试
使用一个同步电机,我们试着发出直接电流命令和一个正交电流命令,由于我们还未建立一个相位参考,我们不能确认正交电流指令真的产生正交电流,但是如果换向极性是正确的,至少一个命令可使电机产生稳定运动。
首先,我们应用一个直接电流命令,Ix77=3000O10;~10%直接电流命令,如果这样不能产生稳定移动,我们用一个正交电流命令:
Ix77=0O10;~10%正交电流命令。
为完成测试,我们列出一个K命令并且确认Ix77以返回到0。
如果其中一个命令产生稳定移动,换向电极性正确。
并且我们能够运动到建立一个相位参考的下一个阶段,然而,如果这两种命令都不能稳定动作,我们可能有换向极性不匹配,参考下面纠正极性不匹配同步和异步电机。
异步电机测试
对于一台异步交流感应电机,我们同时应用直接和正交电流,用一个命令如下:
Ix78=3000Ix77=3000O10
实际值可能需要依靠电机持续时间来改变,同一个K命令来结束测试。
如果这个命令产生稳定移动,换向极性是正确的,并且我们能够移动到最优磁化电流和滑动增益的下一个阶段。
然而,如果我们不能得到稳定的动作,可能存在换向极性步匹配(如果电机不能在任何方向产生移动,试着在两方向上变化,Ix77和Ix78参数值,为纠正步匹配,看下一章节)。
对于同步和异步电机校正极性不匹配
为纠正换向极性步匹配,有两种可能的操作方法:
•翻转反馈方向通过I9n0,然而,这样会改变轴的方向传感器,这样可能是不能允许的。
•翻转输出方向,对于模拟量正弦波输出,这样做客通过改变Ix72值完成,例如从I71到85,或者通过改变电机和放大器间的相位导线,对于直接PWM,这必须通过改变导线完成,这通常在放大器上的端子上完成,改变任意两相都将以同种方式改变极性,然而,传感器零位和PMAC2的换向角的关系领先两相位的改变。
通过以上三种方法之一,变极性匹配后,重复测试以确认你以解决了问题。
建立一个相位参考(仅限同步电机)
目的
警告:
一个可靠的相位参数方法被使用,对机械的安全是至关重要的,不管是一个绝对的或者是增量的传感器,如果相位参考的差错超过1/4周期,当伺服环闭合时就会出现飞车仔细测试你的相位参考,在接负载之前空载机使用,以确认你的方法可靠,接负载之前,确信PMAC2最大跟随误差限制参数Ix11和放大器过流错误被激活并且正常工作,而且确认所需的机械保护在。
当一台同步多相位电机如一台永磁无刷电机换相时,换向算法必须知道转子的绝对位置,使用一个绝对传感器。
如旋转变压器,相位参考必须执行一次,在系统组建时,使用一个增量传感器,如一台增量光学编码器,相位参考在系统每次上电时都要完成,如果增量传感器上电时信号丢失,甚至如果控制器上电保持,相位参数在信号建立前必须完成。
霍尔效应传感器,或者其他相当的一个光电编码器,并且是绝对的,但有一个很低的分辨率(±30ºe),一个高性能应用过程中,它们可产生一个粗略的,临时相位参考,允许移动直到一个更加准确的参考被建立。
在一个增量编码器上标记脉冲是高准确率而且绝对的,但通常情况下,在脉冲被捕捉前必须有移动。
这至少需要一个大概相位,或者从一个低分辨率绝对传感器的倒如霍尔效应,或者从一个上电寻相得到。
准备
这个测试需要换向和电流环军正常工作,对于这些动作重复检测你的配置参数是否正确,尤其是你在早期测试中可能更改单数,对于一号电机,确认。
✧I100=1,激活电机
✧I101=1,换向使能
✧I170和I171被设为正确值
对于这些测试,我们想要存取电机相位位置寄存器,PMAC2以次保持对相位周期位置的跟踪,相位位置寄存器有48位长度,伺服适用X和Y内存,这个寄存器的Y内存部分只有部分信息,所以我们只用X内存部分,它的单元(计数xIx70)寄存器在表5-1中列出。
插入表5-1
这个寄存器通常在-Ix71/2间变化,如果你监视它,有时你会看到它以Ix71单位跳动并且会临时跳出这个范围,这是正常的,对于建立一个相位参考,以多种方式对这个寄存器进行存取是很有用的,对电机1的相位寄存器定义所建议的M变量:
—电机1相位(Ix70)将M变量增加到观察窗口。
电流值命令六步测试
警告:
在日期表标注为95年8月之前的早期固件版本(使用DATE命令),这些命令会产生所显示的结果来看-30ºC的旋转,在10/5/95或者10/16/95的初期固件版本,这些命令所显示的结果看出产生180º的角度旋转,可能导致危险的飞车,如果你有任何这些固件版本,联系厂家以得到免费的固件升级。
我们这里使用的方法,对于绝对反馈传感器的一次相参考,或者是使用增量传感器进行上电寻相参考,是全部或者部分的六步电流指令测试,都是最基本的方法。
这同上述电压指令的六步测试是相类似的,只是使电流环有效。
我们使用ADC输入偏量寄存器读取相电流的反馈,并且以次作为相电流指令输出,驱动电机在换相周期象步进电机一样运行特定的位置,通常是0º位置,然后我们可以写“0”值到相位置寄存器中。
Ix29是A相偏置值;Ix79时B相置值。
第三相不被直接指令;PMAC2将自动指令作为部分数字电流环以平衡前二相电流值,对于电机1,电流六步测试指令如下,并且可能结果为:
#1O0;;开环指令0输出值
I179=3000
I129=0
;第1步:
(A)0º电位角
(B)182º电位角
I179=3000
I129=-3000
;第2步:
(A)-60º电位角
(B)120º电位角
I179=0
I129=-3000
;第3步:
(A)-120º电位角
(B)60º电位角
I179=-3000
I129=0
;第4步:
(A)180º电位角
(B)0º电位角
I179=-3000
I129=3000
;第5步:
(A)120º电位角
(B)-60º电位角
I179=0
I129=3000
;第6步:
(A)60º电位角
(B)-120º电位角
I179=3000
I129=0
;第1步:
(A)60º电位角
(B)180º电位角
(A)相对所有直接PWM设定Ix8270是正确结果,不考虑Ix72的设定,对正弦波输出设定(Ix82=0)来说,且Ix72<128这是正确结果,B相对正弦波输出设定(Ix82=0)且Ix72>128来说是正确结果。
这些命令将驱动最大电流的1/10到相位以驱动电机以相周期运动到已知位置。
记住当你完成这个测试是清除偏差。
直接平衡最优相位测试
步进电机寻测试将建立一个典型相位参考在1到2度之间,这对许多应用是足够的,但对于完全优化电机的相位参考,须进行另一项测试非常必要,这个测试,如下所描述。
通过确认在两个方向上进行相同的关键测试来找到最佳的相位参考,通常通过这种优化的寻相执行过程,中显而易见的性能改善是更平滑,不增加扭矩。
下述的电流环积分寄存器的使用只适用于直接PNM系统。
该测试也可以运行在正强美术出系统中,但是在双方相测试比较的是电机的电压,这可以从PMAC执行程序PEWZN的位置窗口中读入。
该测试量置也可以对直接PWM系统,对于相位参考不是十分灵敏同下述解释比较,但是可以改善特性。
对于指定电机该测试只需执行一次,目的是在电机相位闸和绝对传感器之间建立一个关系(对于施变或增量编码器的栅格零脉冲),许多电机生产产家在出厂在出厂是安装的重复公差小于(指电机相位闸和传感器角之间)1或1角度,该测试结果对于其他电机不能照搬。
该测试结果不适用于直线电机,因为它会产生相关的不可空的运动。
它只是用于空载的旋转电机,对于直线电机,一个优化相册是可以执行,当指令O0;指令,当Ix77值较大(如16000)调整相位寄存器使其无运动发生,该测试应以小数值开始,用K指令快速停止运动。
准备
在PMAC执行程序的数据采集部分的菜单中,配置采集直接积分输出和正交积分输出寄存器,设定采集周期为约10个伺服循环,每种电机的寄存器地址如下表5-2和5-3所示。
表5-2表5-3
执行测试
执行测试之前,先用步进电机的寻相方式闭环,然后,在PMAC执行程序的数据采集部分的终端窗口,你可以如下使用命令,(在命令之间等待两秒)。
DEFINEGATHER
;反转寄存器以采集数据。
GAT010
;正相命令
O-10
;负相命令
ENDGK
;停止采集和停止电机
上载收集到数据,直接做灰土,并且用正交电压和时间作轴,目标是在两个方向上得到相同的平均直接电压,在移动变量时,正交电压将会改变,为调整系统,等待电机在测试完整侯(M171不变)停止并且用一个命令对M171相位寄存器做一个小的调整。
如:
M171=M171+5
然后重复进行测试直到在量的方向上读到的直接电压尽量接近,你将很快得到你所要做到的方向和数量的一个结果,这个测试对相位变差的计数是灵敏的,所以最终改变大约±1脉冲计数。
对绝对传感器使用测试结果
只有在我们对一个绝对位置传感器或增量传感器的标志脉冲进行高精度相位匹配时,这个测试才游泳,使用一个绝对传感器,分配一个M变量给传感器寄存器,并把它加到视察窗口,例如:
M175TWR:
0,0;在第1个ACC-8Dopt7R/D的第1路绝对位置地址。
确认电机完全处在测试状态,现在调用传感器位置值,用I170与其相成,用从I171上读到的相位减去它,(如果你手动移动电机使M171=0,你可以使结果为负),将值放入I175,数学表达式。
I175=M171-(M175×I170)
对增量标志脉冲适用值个测试结果
对增量编码器标志脉冲,我们将使用位置捕获特性以获取标志所在,如果你有高电平有效的标志脉冲将变量I912设为1,如果是低电平有效表是脉冲则将I912设为9(要看它什么,定义M1198->:
00;$C000,14并且将M119放入观察窗口。
如果通常为0,你就有一个高电平脉冲),如果你想确认有效的标志脉冲为1个脉冲单位宽,将I914设为1,将I915设为你的编码器的适当值。
现在分配一个M变量给编码器标志信号捕获寄存器。
M103→X:
$C003,0,24,S;编码器1标志捕捉寄存器
将器加到观察窗口,随着电机的复位,在M171记下相位值,在M101记下编码器位置寄存器,将这些值写下来,现在手动旋转电机,直到在你计划回零的方向看到M103改变,新的值是标志脉冲上编码器捕获的值。
从新的M103值减去起始是的M101值,在乘以I107,并且送入M171,这个值是我们精整初始的大致相位时将要写入的相位寄存器的值,数学描述:
索引相位值=I170×(索引M103一起始M101)+起始M171
另一种情况下,在数学上容易,物理上难度高的技术条件下,将M119放入观察窗口(或通过示波器观察标志信号)并旋转电机轴直到在标志信号处停止,读M171相位寄存器值,这个值是我们精整初始的大致相位时将要写入的相位寄存器。
对相位参考使用霍尔效应传感器
霍尔元件或其他等价的光学换相编码器
对于3相电机,在电机上电寻相移动时可以被用来粗相寻,这个初始化寻相提供一定的转矩,但它对于上位操作也需被校正,通常当标志脉冲捕捉到达时校正完成。
霍尔效应传感器通常划出6个区,每个60º在PMAC2的换向周期内,边界应为180º,-120º,-60º,0º,60º和120º,通常电机厂商会将传感器分配在这几个区内,因为从换向传感器如果所有换向完成,这些将是正确边界点,如果你要自己安装霍尔效应传感器,你应当小心分配这些分界点,最简单的方法是用电流偏差将电机设到零度点,并且观察输出的同时调整传感
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