2024年3月8日发(作者：)

基于TMS320F28335的伺服驱动器的设计

【摘要】本文设计了一种基于DSP的交流伺服电机驱动器的组成和总体设计方案。该驱动器采用TMS320F28335为核心控制电路，设计完成了驱动电路和人机交互界面电路，同时完成了软件程序设计。

【关键词】DSP;伺服驱动器;TMS320F28335

引言

伺服驱动系统是机电一体化技术的重要组成部分，随着现代工业的快速发展，交流伺服系统逐渐成为工业伺服系统的主流，在数控机床、工业控制等自动化装备中得到广泛的应用。本文介绍了一种基于TMS320F28335的伺服驱动器设计方案。TMS320F28335是TI公司设计的一款数字信号处理器，其主要面向工业控制领域，特别适用于电机控制、运动控制等应用。

1.伺服驱动器结构及原理

伺服驱动器主要由DSP（TMS320F28335）、主电路、驱动模块、检测模块、通信模块和人机接口模块等部分组成，如图1所示。

图1 伺服驱动器原理框图

伺服驱动器通过光电编码器和电流传感器将电机的转速，方向和电流信号送给DSP处理器，将给定的信号与采集的信号进行比较，经过PID控制算法后输出SPWM波形，使电机达到所设定值。

2.硬件系统设计

2.1 DSP控制器

TMS320F28335芯片主频150MHz，具有32位浮点运算能力，6个DMA通道，支持ADC，McBSP，ePWM，XINTF 和SARAM，片内有256K×16大小的FLASH程序存储器和34K×16大小的SARAM，具有18路的PWM输出，采用1.8V内核电压，3.3V外围接口电压供电。

2.2 主电路及驱动电路

2.2.1 电源模块

TMS320F28335工作电源为3.3V和1.9V/1.8V。所以采用了TI公司的TPS767D318芯片给DSP供电。该芯片是TI公司专为DSP供电所设计，输入电压为5V，能同时产生3.3V和1.8V两种电压，而且该芯片自带电源监控和复位

功能。

2.2.2 功率驱动电路

功率驱动电路采用IR2132芯片和IGBT来搭建驱动电路。IR2132是一种高电压、高速度的功率MOSFET和IGBT驱动器。IR2132具有过流保护功能，如果外部反馈电流超出设定值，IR2132就会启动电流保护电流，关闭输出通道，从而对系统起到保护作用。IR2132输入信号与TTL及CMOS电平兼容，当采用IR2132芯片搭建电路时，只需提供一个供电电源即可驱动6个IGBT器件。

2.3 检测模块

检测模块是系统的反馈回路，包括电流检测、位置及速度检测。

2.3.1 电流检测

电机三相中某一相的电流等于其它两相电流之差或者之和。因此，只要知道其中两相的电流便可以计算出第三相电流，故电流检测只需要检测电机其中两相的电流即可。本系统采用LEM电流传感器，LA58-P来检测电流。LA58-P输出电流信号，通过精密电阻将其转变为电压信号，输入到DSP的DAC模块对应的引脚。

2.3.2 位置及方向检测

伺服电机采用增量式光电编码器。光电编码器输出的三路差分信号经过滤波、差分信号接收器26LS32芯片处理及光电隔离后，输出EQEPA、EQEPB、EQEPZ三个信号，这三个信号分别输入DSP的QEP模块的对应引脚。QEP模块因其本身就能进行4倍频，故不需要其他外部电路就可以对脉冲的前后沿进行计数，并可根据A、B两路脉冲的次序判别电机转向。当A相比B相超前90°时，电机正转，反之则电机反转。而Z相是一个基准参照信号，用于校准脉冲计数。

2.3.3 速度检测

速度检测的实现基于位置检测。检测方法是对一定时间内的编码器反馈脉冲进行计数，运用合适的数学计算公式，通过软件编程得到电机转速。

2.4 通讯模块

本系统采用两种方式与上位机进行通信，分别是RS232串口通讯和EtherCAT实时以太网通讯。

2.5 人机接口模块

人机交互界面主要使用STC89LE51单片机设计，该单片机工作电压为3.3V，可以和DSP直接进行串口通信，同时通过数码管显示。

3.软件设计

软件系统的设计对应于系统的硬件电路设计，按照控制系统的工作原理，将各功能进行模块化处理。系统主程序主要包括对时钟的配置、各功能模块函数的初始化以及定时器中断子程序等。主程序流程图如图2所示。

图2 主程序流程图

4.结论

基于TMS320F28335丰富的片上资源和接口资源，本文设计的伺服电机驱动器可实现对电机电流、位置及速度的控制，实现通过PID方法输出SPWM波形来控制交流伺服电机。

参考文献

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