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采用iCoupler技术的电机控制隔离方案


时间:2018-10-15 编辑:夏禅
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sinc3 滤波器的脉冲响应与先于中心采样值的采样值贡献度对称,且中心采样值与其后面的采样值相同。 电流的开关分量也沿平均电流点对称:以使开关分量总和为零。 如果采样窗口中心与用于驱动 H 桥的 PWM 同步脉冲对齐,则允许在不混叠的情况下测量相电流,但在从滤波器读取数据时需要注意确保正确对齐采样值。 滤波会强加一个延迟,以便 PWM 同步脉冲时滤波器的采样值输出将来自以前的多个时段。 相比基于 SAR 的电流测量,这在软件程序安排中影响很大。


SAR 情况下,PWM 同步脉冲可触发模数转换器执行一系列转换。 当为控制环路准备好数据时,系统会产生中断并开始执行控制环路。 通过利用三角积分调制器和滤波器,这些采样值将连续生成,但相电流测量的重要采样值将在固定延迟后准备就绪。 应使用定时器或计数器应在出现 PWM 同步信号时生成中断。 采样值计数方面的延迟实际上是 sinc3 脉冲响应的一半。


在典型的控制系统中,PWM 定时器的零阶保持效应远超脉冲响应的一半,因此 SINC 滤波器不会严重影响环路定时。 通过利用三角积分调制器和定制滤波器,用户可以自由切换 SINC 滤波器延迟以获得采样值分辨率。 这一灵活性在设计电机控制算法时是一大优势。 通常算法的某些部分对延迟敏感,但对反馈的准确度不太敏感。 算法的其他部分与较低动态结合使用,并受益于准确度,但对延迟不太敏感。


考虑一个比例积分控制器 (PI) 算法。 P 部分和 I 元件可采用相同的反馈信号。 但是,可以分离 P 路径和 I 路径,并将反馈信号与不同类型的滤波功能结合使用。 在 PI 控制器中,P 元件主要用于抑制负载和速度的快速变化效应。 因此,它需要能对信号电平的快速变化做出响应。 I 元件专注于稳态性能,更侧重于测量准确度。 因此,P 元件可受益于低分辨率、快速更新率的电流反馈信号,意味着 sinc3 滤波器的过采样和抽取率较低。 I 元件将受益于较高的过采样率,并可承受所产生的更新率下降。


需要更加注意的是,在处理较大负载的系统中使用三角积分调制器时,另一个需要考虑的因素是隔离。 一个选择是,只使用隔离放大器并为模数转换采用一个非隔离式调制器,或在调制器的输出与用于数字滤波的器件输入之间放置一个光耦合器。 另外,也可选择隔离式三角积分调制器。 通过利用隔离式调制器,可以免除模拟过电流保护电路,因为数字滤波器还可采用可消除过电流效应的配置。


AD7403 Analog Devices 提供,便是这样一个例子。 通过实施二阶调制器,此器件允许灵活选择分流器规格,并提供 14 位以上的有效位数以及 20 MHz 的输出流速率。 通过利用适当的数字滤波器,此器件可以 78100 次采样/秒实现 88 dB 的信噪比。 此隔离方案使用该公司的 iCoupler 技术,公司声明该方案超过了典型光耦合器排列结构的性能。


由于加入隔离等功能,以及越来越多微控制器和可编程逻辑器件的滤波性能在增强,设计师可以继续为机器人应用优化电机控制。

关键词:电机 机器人 传感器    浏览量:11107

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