高性能数字运动控制芯片irmck201功能及其应用

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1、高性能数字运动控制芯片IRMCK201功能及其应用摘要：IRMCK201是美国国际整流公司开发的数字运动控制芯片，是专门针对伺服驱动系统而设计的。该器件可实现完整的速度环和电流环控制，具有快速的高性能伺服驱动能力。文中详细介绍了IRMCK201的主要功能、特点和主要接口，并给出了一个应用于数控机床的交流伺服驱动系统的实例。关键词：IRMCK201；交流伺服；矢量控制；空间矢量脉宽调制１概述国际整流器件公司（ＩＲ）针对高性能交流伺服驱动的需求?设计出了基于ＦＰＧＡ技术的完  摘要：IRMCK201是美国国际整流公司开发的数字运动控制芯片，是

2、专门针对伺服驱动系统而设计的。该器件可实现完整的速度环和电流环控制，具有快速的高性能伺服驱动能力。文中详细介绍了IRMCK201的主要功能、特点和主要接口，并给出了一个应用于数控机床的交流伺服驱动系统的实例。   关键词：IRMCK201；交流伺服；矢量控制；空间矢量脉宽调制１　概述国际整流器件公司（ＩＲ）针对高性能交流伺服驱动的需求?设计出了基于ＦＰＧＡ技术的完整的伺服驱动控制解决方案ＩＲＭＣＫ２０１芯片。与传统的运动控制专用ＤＳＰ芯片不同的是，ＩＲＭＣＫ２０１不仅包含运动控制的外围功能?如ＰＷＭ、编码计数电路、电流传感接口等?，而且也

3、包含通过硬件实现的ＦＯＣ算法和速度控制算法，从而省略了编程任务?简化了高性能交流伺服系统的设计，此外它还适用于不同类型的永磁电机或感应电机，因而有很好的应用前景。ＩＲＭＣＫ２０１采用标准的１００管脚封装形式，其主要电气特点如下：●完整的电流闭环控制和速度闭环控制；●使用ＰＷＭ载波频率可以配置速度和电流更新率；●可以配置感应电机或者永磁电机的控制系统；●带死区的空间矢量ＰＷＭ；●最大时钟输入３３.３ＭＨｚ,最大ＰＷＭ载波频率８３.３ｋＨｚ,电流环带宽５.５ｋＨｚ,速度环更新率５／１０ｋＨｚ;●具有与高压线性电流传感器ＩＲ２１７５、高压驱动芯

4、片ＩＲ２１３ｘ、霍尔Ａ／Ｂ／Ｃ信号、光电编码器、ＲＳ２３２或ＲＳ４２２、快速ＳＰＩ的接口；图1   ●配置光电码盘的线数范围从２００ＰＰＲ～１００００ＰＰＲ；●可以监视直流母线电压；●可以配置模拟参考输入；●２ＭＨｚ的计数器改善低速性能；●具有４路采样／保持的Ａ／Ｄ转换接口；●通过主机寄存器接口，ＡＴ２４Ｃ０１Ａ可对内部数据／参数进行初始化；●智能ＩＧＢＴ保护封锁控制；●可以配套使用ＳｅｒｖｏＤｅｓｉｇｎｅｒ配置工具软件。２IRMCK201内部功能结构图１为ＩＲＭＣＫ２０１内部详细控制结构图。从图中可以看出，作为运动控制芯片，ＩＲＭＣＫ２

5、０１在硬件上具备了伺服控制所必需的控制单元，如带死区时间设置的空间矢量ＰＷＭ、ＰＡＲＫ变换和Ｃｌａｒｋ变换、电流环ＰＩ调节器、速度环ＰＩ调节器、速度测量单元等，这样用户就省去了编写代码的任务，简化了复杂的设计过程。ＩＲＭＣＫ２０１通过硬件逻辑实现伺服控制功能，芯片的接口可以灵活配置，因而为了实现不同的控制算法，可以通过接口对ＩＲＭＣＫ２０１进行参数设置。以矢量控制的感应电机为例，在内部控制结构中有一个前馈滑模增益路径，可以通过设置相关寄存器来实现这种控制功能。也就是说，上位机仅需将“１”或“０”写入相关寄存器中，就可使该控制功能ＩＲＭ-Ｃ

6、Ｋ２０１也支持其它结构，如除ＩＲ２１７５外的电流传感器接口芯片、电流控制中的前馈增益路径使能／禁止、闭环速度控制的使能／禁止以及速度给定值的选择等。也就是说采用ＩＲＭＣＫ２０１配置伺服系统，只需了解它内部的功能模块和寄存器的情况，并通过上位机对它的寄存器进行配置，即可迅速实现各种功能。例如，要为逆变器设置一个开关频率为１０ｋＨｚ的ＰＷＭ驱动信号，用户不需要编写程序代码来实现这个ＰＷＭ信号的算法，只需要对相关寄存器赋值即可。   ＩＲＭＣＫ２０１主机通信接口包括ＲＳ２３２／ＲＳ４８５／ＲＳ４２２、快速ＳＰＩ接口和８位并行接口。因此它可以方便

7、与主机或控制器进行通信,修改和读取其主控寄存器来控制输出。ＩＲＭＣＫ２０１也可以独立运行而不需要外部主机参与控制,其运行参数通过外部ＥＥＰＲＯＭ来保存,上电时自动从ＥＥＰＲＯＭ中读取参数。现以具有电流环和速度环的永磁无刷电机控制系统为例，分析系统的结构。通过配置相关寄存器使能速度闭环控制。对于电流环，由电流传感器ＩＲ２１７５采样电机Ｖ相和Ｗ相绕组电流，经过ＩＲＭＣＫ２０１内部计算可以得到Ｕ相电流，与Ｖ相和Ｗ相电流一起组成三相电流，通过Ｐａｒｋ变换与矢量旋转被分解为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量?这两个直流量具有独立的比例积

8、分调节器。对于速度环，由光电编码信号通过ＩＲＭＣＫ２０１内部测速单元得到速度反馈，它与速度给定值相互比较产生速度偏差。这个偏差经过速度ＰＩ调节器产生一个对应的转矩电流Ｉｑ，当采用Ｉｄ＝０控制时