基于XMC4500的压机用永磁同步电机电液伺服系统硬件设计与实现

摘要

电液伺服控制系统是集机电控制系统和液压负载系统为一体的复合控制系统，它兼具两个系统的优点，能大大提高系统的能源利用效率。压铸机负载大且负载变化快，电液伺服控制系统能够很好的满足压铸机负载的工作要求。高性价比的中大功率高精度电液伺服控制系统的主电路采用交直交经典拓扑结构，功率器件采用集成功率模块（PIM），本文提出并设计了新颖的互锁驱动保护电路。伺服控制系统具有完备的过流、过压、过温、欠压驱动等保护功能，基于IGBT饱和导通压降检测的硬件过流保护电路响应速度快，软硬件双重过流保护保障系统安全可靠的运行。
　　控制器采用英飞凌XMC4500作为中央处理器，构建控制器最小系统和外设处理电路，外设电路包含通用的四种通讯电路，片外存储EEPROM芯片使用IIC通讯传输数据，具备光电、旋变和磁编码器三种位置检测接口电路。采用XMC1300处理器单独处理工控机工序流程信息，分离工控机的信号处理和永磁同步电机的控制，保证伺服控制系统的高响应速度，双控制器之间采用RS485通讯。检测电路包括直流母线电压检测、输出三相电流检测、工业压铸机液压系统的压力检测、PIM模块内部温度检测、电机转子位置检测电路。
　　电液伺服控制系统的硬件设计经过四次改版。互锁驱动保护电路提高了系统的安全运行能力，优化了过流保护电路中消隐时间的设计，避免系统误报过流故障。采用多种措施防止IGBT开关过程中的浪涌电压损坏IGBT，解决反并联二极管反向恢复期间的米勒感应电流误触发IGBT开通的问题。CDE吸收电容组成缓冲电路，简化了主电路结构，保障IGBT功率器件安全运行。三相逆变桥上下管IGBT的驱动电路分别采用ACPL332J和HCPL3120驱动芯片设计。采用两个不同的驱动光耦设计驱动电路的目的是保障系统安全可靠运行的同时降低系统复杂度，提高伺服控制系统的经济适用性，驱动电路可驱动高达150A功率器件，硬件电路的可拓展性强。控制电源采用模块化设计，独立的供电回路不受主电路影响且可靠性高。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2近代液压伺服控制系统概述

1.3伺服系统相关领域的发展概况和研究现状

1.4论文研究的内容和结构安排

1.5本章小结

2伺服控制系统功率变换主电路设计

2.1伺服控制系统的设计原则与技术指标

2.2主电路拓扑结构

2.3不可控整流电路

2.4三相逆变桥功率器件选取与参数计算

2.5制动电路

2.6伺服控制系统框图结构

2.7本章小结

3互锁驱动及保护电路

3.1缓冲电路

3.2抑制浪涌电压和避免米勒电流误触发措施

3.3互锁驱动保护电路

3.4本章小结

4伺服控制系统控制器设计

4.1 XMC4500最小系统及外设电路设计

4.2三相输出电流检测电路

4.3直流母线电压检测电路

4.4速度位置检测电路

4.5功率模块温度检测电路

4.6压铸机液压系统压力检测电路

4.7辅助电源电路设计

4.8本章小结

5实验与结论分析

5.1电液伺服控制系统硬件平台搭建

5.2控制器单板调试

5.3功率变换模块单板调试

5.4实验室整机负载和温升测试

5.5电液伺服控制系统联合调试

5.6硬件改版与优化设计

5.7本章小结

6总结与展望

致谢

参考文献

附录（攻读硕士学位期间主要科研成果）