基于

ISP

技术的交流伺服电机转子位置检测电路

任向阳　史晓娟　杨　川　王小椿

西安交通大学机械学院陕西西安　710049

摘要 :介绍了基于 ISP 技术的交流伺服系统电机转子位置检测电路的设计和实现。该电路将所有的模
块集成到一块高密度可编程器件中 ,提高了系统的稳定性 ;脉宽可调节的全数字四倍频电路和十二位可
逆计数器保证了检测的精度 ;器件特性参数的一致性更有利于进行精确的轮廓控制。
关键词 : ISP ;交流伺服系统 ;位置检测
中图分类号 : TP274

15 　文献标识码 :B 　文章编号 :1001 - 2265 (2002) 05 - 0009 - 03

The measurement of rotator position in AC servo system based on ISP technique

R EN Xiangyang 　SHI Xiaojuan 　YAN G Chuan 　WAN G Xiaochun

Abstract :This article introduces t he design and implement of measurement of rotator position in AC servo system on t he basis of

In - System Programming technology. The circuit promotes its stability by integrating all t he functional modules into one HD

PLD. The widt h adjustable , digital frequency - quadrupled circuit and twelve - bite reversible counter ensure t he measurement

precision.

Key words :ISP ;AC servo system ;position measurement

　　采用永磁同步电机的伺服系统用变频调速方法 ,

通过磁极位置检测器检测出转子的磁极位置 ,控制定
子侧变频器的频率和相位 ,使定子电流和转子磁链保
持确定的关系 ,从而产生恒定的转矩。因此 ,准确、

可

靠的转子位置检测是同步电动机调速系统正常运行的
必要条件。本文所论述的方法是为了满足基于 DSP
的数字交流伺服控制模块的速度要求而设计的 ,同时
还可为后续电路提供信号进行转速测量 ,从而达到多
闭环控制 ,提高系统的精度。

ISP

技术概论

ISP ( In - System Programming) 技术是 Lattice 公

司首先提出的一种使我们能在产品设计、

制造过程中

的每个环节 ,甚至在产品卖给最终用户后 ,具有对器
件、

电路板或整个电子系统的逻辑和功能进行组态或

重组能力的最新技术。在可编程器件及其技术中 , ISP
是一种新的概念和标准 ,有利于在板和系统级设计、

制

造和编程。它允许设计、

测试和制造工程师重组系统

特性 ,而器件仍保持焊接在电路板上 ,这种能力革新了
板级设计、

板级调试、

系统制造和系统升级。ISP 器件

提高的多功能硬件设计 ,减少了系统部件 ,降低了成
本。ISP 也提供测试重组态能力 ,这样就提高了板级
测试能力 ,最终提高了系统可靠性。在设计、

开发过程

中 ,设计的验证是必须的 ,它可以使设计者及时发现问
题 ,并加以改正 ,以确保最终的设计无误。高密度的

ISP 器件在设计完成后 ,即可编程 ,进行软件仿真。这

种软件仿真可以非常方便地检查设计的内部接点 ,而
测试向量和输入激励都可通过软件编程实现。

　传统转子位置测量的缺点

本文中讨论的伺服系统位置传感器采用 2500 线

的光电编码器 ,额定转速为 2000r/ min 。反馈信号为
相位相差 180°的两路脉冲信号 ,经过四倍频后送入

CPU ,用于确定转子磁极实际位置 ,并进而决定定子侧

电流的频率和相位。在传统的设计中 ,四倍频通常是
利用电容的充放电能力 ,在脉冲信号的上升沿和下降
沿分别产生一定的延时 ,这样在一个周期内就可由两
路互差 180°的信号来构成四个脉冲。常用的积分型
单稳态电路 (将图中电容和电阻位置互换即可得微分
型倍频电路) 原理 ,如图 1 所示。下面分析其工作原
理。

、

两路相位差 90°

的方波脉冲

正向时

领先

B ,

反向时

领先

。该电路在

及

的反相 -

、

及

的反向 -

各接了一个积分型单稳电路

其余的

产生原理相同。这种电路虽然能够完成信号的四倍频
工作。但实现起来比较麻烦而且工作稳定性较差。一
者 ,在电路中电容的取值对电路的工作有很大的影响 ,
既要保证相邻的倍频脉冲不重叠 ,又要防止由于电容
值过大导致后级门电路因输入电流过大而损坏。二
者 ,由于电阻、

电容的精度很低 ,因此会使电路输出的

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