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伺服驱动器硬件设计方案

伺服驱动器的硬件研发主要包括控制板和电源板的设计，控制板承担与上位机进行交互

和实时生成精准的PWM信号。电源板的作用根据PWM信号，利用调制的原理产生特定频

率，特定相位和特定幅值的三相电流以驱动电机以达到最优控制。

一控制板研发

1）控制板的架构主要的任务就是核心器件的选择。

安川、西门子等国际知名的公司都是采样ASIC的方式的芯片，这样就可以按照自己

的设计需要来制造专用于伺服控制的芯片，由于采样ASIC方式，所以芯片的运行速

度非常快，那么就比较容易实现电流环的快速响应，并且可以并行工作，那么也很

容易实现多轴的一体化设计。采样ASIC的方式有很多的好处，比如加密等。但是采

样ASIC的风险和前期的投入也是非常的巨大的，并且还要受该国的芯片设计和制造

工艺的限制。

根据我国的实际的国情和国际的因素等多种原因，核心芯片比较适宜采样通用的

DSP，ARM等处理器，比如Ti的C2000飞思卡尔的K60，英飞凌的XE164等。研究

台达的伺服驱动器发现其架构是采用Ti的DSP2812+CPLD，这和我们公司GSK的方

案基本一样。我们也是采用DSP2812加CPLD(EPM570T144)来实现核心的控制功能。

2）核心器件的控制功能的分工。

DSP实现位置环、速度环、电流环的控制以及利用事件管理器PWM接口实现产生特

定的PWM信号。可以利用其灵活的编程特性快速的运算能力实现特定的控制算法等，

还可以利用其自身的A/D完成对电机电流的转换，但是DSP自身的A/D精度普遍较

低，并且还受基准电压电源的纹波PCB的LAYOUT模数混合电路的处理技巧影响，

所以高档的伺服几乎都采用了外部A/D来完成电流采样的处理。比如路斯特安川等。

也有一些高档的伺服使用一些特殊的电流传感器，该传感器的输出已经是数字信

号，这样就可以节省了外部A/D芯片和增强抗干扰能力。如西门子的变频器采用

ACPL7860，发那克用于机器人的六驱一体的伺服也是采用了ACPL7860，西门子的伺

服S120采用了Ti的芯片AMC1203。

CPLD的作用是用来协助DSP以减少其自身的开销，比如完成速度的计算，位置的

计算，控制外部A/D对电机电流进行转换，因此当实现位置环速度环电流环所需要

的位置数据，速度数据，电流数据，那么DSP就可以直接从CPLD/FPGA处读取，不

需要耗费DSP的宝贵时间来计算这些数据。如果是增量式编码器采用M/T法测速效

果是最好的，但M/T法对DSP处理器的资源开销很大,而CPLD/FPGA可以非常方便

使用M/T法进行测速。如果是绝对式编码器也可以非常方便采用CPLD/FPGA来解

析通信协议，并实现测速。一些高档的伺服也采用了CPLD/FPGA实现总线和以太网

功能。

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显示和参数管理国内的绝大多数公司都是才DSP来承担该任务，研究台达的驱动器

发现，他们是采用CPLD来实现该任务，这样DSP承担的任务就很单纯，可以专注

于运动控制。所以高档的伺服也应该借鉴和学习台达伺服关于显示和参数管理的方

法。

3）电源复位芯片等外围电路。

DSP和CPLD/FPGA的芯片都需要几路电源，比如1.2V、1.8V、2.5V、3.3V等，DSP

等处理器往往还需要模拟的电源。因此需要用电源芯片将5V转化为上述所需的几

路电源。电源芯片的选择主要受整个PCB的布局和整机的结构决定，可以采用1转

1，1转2或者1转3，最终达到电源就近抗干扰能力好的目的。

有些电源芯片本身带有复位输出也可以根据需要选用专用的复位芯片，注意复位芯

片一定要就近DSP等核心芯片，提高