工业电机控制系统方案

多通道电流、电压的监测与控制

监测、控制电机时，需要测量多个电流和电压信号，并需要保持通道间相位信息的完整性。有两种ADC架构供设计人员选择：使用多个单通道ADC，这种设计很难实现同步转换时序；或者使用同步采样ADC.同步采样架构可以是单芯片封装多路ADC，所有通道采用同一转换触发器；也可以在模拟输入端使用多路采样/保持放大器（也称为跟踪/保持放大器）。使用多路采样/保持放大器时，多路模拟输入和单通道ADC之间仍需使用多路复用器。同步采样设计无需复杂的数字信号处理算法。

电机控制应用大多采用100ksps或更高的采样速率。ADC以这样的速率连续监测电机的工作状况，提供任何故障或潜在险情的报警指示。一旦发现故障征兆，系统即可进行修复或在必要时关断系统。如果ADC的采样率不够快，就不能尽早发现故障状态并加以解决。

不同的电机控制应用对于动态测量范围的要求不同。有些情况下，12位分辨率即可满足系统要求。但对于更精密的电机控制应用，16位分辨率则是更为常见的标准。利用高性能16位ADC，如MAX11044或MAX11049，系统可获得高于90dB的动态范围。

Maxim提供适合各种电机控制的同步采样ADC.包括带有串口或并口的12/14/16位分辨率等不同类型的器件。


图6

带有编码器数据接口的高精度电机控制

电机控制精度取决于系统需求。有些应用对于精度的要求非常高，如工业机器人技术或灌装生产线。例如，焊接机器人需要高速、高精度工作。同样，灌装生产线的电机必须精确控制，使瓶子能够停留在正确的位置进行灌装、上盖、贴标签。为了高精度地控制电机，必须确定转子的速度、方向和位置。这些参数可以通过模拟传感器进行监测，如决策器、同步器、RVDT或旋转电位计。采用类似于光编码器和霍尔传感器的编码器可以获得较高精度。编码器为控制器提供增量和/或绝对的转轴角度信息。

电机控制器计算转子的当前速度和角度，通常由数字信号处理器（DSP）按照一定算法实现。它通过调整激励获得高效、最佳响应。这种反馈控制环路需要传感器安全、可靠的信息支持，这种信息通常需要通过远距离电缆从编码器传输到控制器。

增量信息通常以正交信号形式传输至控制器，即两个信号相位差为90°。这些信号可以是模拟形式（sine + cosine），也可以是二进制形式。而绝对位置信息仅以串行二进制数据流形式通过RS-482或RS-422总线传输。

由于工作环境恶劣，需要保证数据通道高度安全、可靠。差分信号成为高EMI环境的理想选择。由于器件靠近电机工作，因此，还需要支持高温环境。

Maxim提供全面的RS-485/RS-422和PROFIBUS接口器件，专为电机控制应用而设计。MAX14840E高速RS-485收发器等接口器件具备高度信号完整性和可靠性，满足严格的安全控制需求和大型投资设备的开发周期需求。