1    引言

        全电动立式注塑机是随着科技发展和时代需求应运而生的一种全新的立式注塑机，它与传统液压立式注塑机相比，有着注塑制品精度更高、节能环保等优点，因此备受青睐。全电动立式注塑机以伺服电机作为动力源，由滚珠丝杠和同步皮带组成结构简单而效率很高的传动机构，依靠现代控制技术对伺服电机进行位置、压力、速度闭环控制，可以使重复精度误差维持于±0.01%以内，特别适合光学元件、医疗器具、食品行业等对精度和洁净度要求高的塑料产品。在全电动立式注塑机中，运动控制器主要功能是在上位控制器的协调下，完成过程控制，如压力、位置以及速度的控制，并把控制的结果和相关状态传递给上位控制器。具体地，就是实现射胶电机、溶胶电机、开锁模电机和顶出电机的控制。因此，控制器控制的控制效果是整个塑料成型过程中的决定因素，只有达到了精确的控制才能保证制品的质量和精度，正是基于此，采用嵌入式技术对控制器进行了研究。

2    硬件系统的组成

        全电动立式注塑机电机运动控制器的硬件电路包括：强电主回路、开关电源、弱电控制部分。

        从强电主回路、开关电源、DSP控制板三方面介绍基于TMS320LF2407ADSP的伺服电机驱动器的电路设计原理。

2.1    强电主回路的组成

        强电主回路包括交-直-交电压源逆变电路、智能功率模块IPM以及光耦隔离电路三部分。伺服电机变频调速的方案很多，主电路的结构和组合方式也很多，而我们采用的是交-直-交电压源型的IGBT无源逆变电路。智能功率模块IPM的目的是实现DC/AC逆变器中的部分电路。因为DSP输出的电平信号不能直接加到IPM的输入端，必须通过光耦的隔离才行。光耦起到两个作用：(1)隔离强电电路和弱电电路，防止强电对弱电电路的干扰；(2)电平转换，把5V的逻辑电平提升到(10～15)V的IGBT驱动电平，从而也提高了驱动能力。

2.2    开关电源

        控制板上所有器件的电源皆由开关电源提供，开关电源的输入来自主电路的整流电压VDC。开关电源的控制芯片为3844，形成单端反激式的开关电源。开关电源模块输出4组完全独立的+15V电源供IPM功率模块的控制电路使用。另外输出一组共地的±15V、+40V、+5V电源分别供电流传感器、主电路继电器及散热器风扇、DSP控制板使用。

2.3    基于DSP主控制板

        主控制板需要的3.3伏和5伏两组电源与DSP的电源VCC和地GND相接；时钟信号由10MHz晶体震荡器从DSP的XTAL2和CLKIN脚输入，并由DSP内部的锁相环电路倍频为40MHz；事件管理器A的PWM1-PWM6共6路PWM输出口通过总线驱动器74HC245和高速光耦HCPL4504组成的驱动电路直接驱动功率模块IPM；伺服电机的旋转编码器反馈信号A、B、Z通过差分信号接收器AM26LS32进行调理后可以输入到DSP的事件管理器A的捕获端CAP1、CAP2、CAP3；伺服电机定子的两相电流IA和IC的传感器模拟量输入到第一路和第二路AD通道；外部扩展的SRAM存储器直接与DSP片上的地址总线A0-A15、数据总线D0-D15以及读写控制线WE、RD相连；作为通讯用的CAN总线网络，CAN收发器与DSP的CAN控制器数据发送端CAN－TX和接收端CANRX相连。

3    软件的设计

3.1    电机控制程序设计

        基于DSP的伺服电机控制程序实行按功能分工的模块化设计，包括系统初始化程序模块、定时器下溢中断服务程序、旋转编码器中断处理模块以及负责按键和显示的ZLG7290模块组成。

        磁场定向的程序也是实行模块化设计，使用到的模块如表1所示。为了兼顾运行时间和程序的可读性，表1中的程序模块都是使用汇编语言实现计算，而使用C语言定义接口。磁场定向(FOC)控制算法的原理描述如下：每一次磁场定向计算依次完成：定子转子位置检测、电流检测、CLARKE和PARK坐标变换、速度环PI调节、q轴电流PI调节、PARK逆变换、SVPWM发生等步骤。触发每一次FOC计算的事件是DSP的定时器1的下溢中断，中断的周期为67us，对应产生的PWM载波频率为15KHz。在定时器1的下溢中断程序中完成FOC算法的全部计算。

3.2    辅助功能模块的程序设计

        作为电动立式注塑机的运动伺服控制器，对电动机进行全闭环的位置和速度控制是主要功能。而关于设置控制器的运行方式、工作参数属于辅助性功能，通过对DSP跟ZLG7290B芯片的接口进行编程可以实现，而且该模块执行起来比较独立，不会干扰到电机运行的主模块。

        CAN总线的通信程序设计是为将来主控制器实行多电机控制而准备的，到时候锁模机构伺服控制器与射胶机构、熔胶装置、顶针机构的伺服控制器将通过CAN总线与机台的主控制电脑传输数据，由主控制电脑来协调各个机构的顺序动作。CAN总线广泛用于环境恶劣、稳定性要求很高的汽车电子领域，有足够理由相信在电动立式注塑机上可以可靠的应用。

4    模拟仿真

        通过对控制器在额定负载的情况下启动特性就行了模拟仿真，实验方法：为在一定负载下，设置一个初始转速，观察电机的启动升速特性曲线。转速由JN338测量，它在后面板输出跟转速同频率的方波脉冲，使用NI的定时器I/O计数器采集卡6602进行脉冲计数，在LabView中显示变化过程曲线。在1.965Nm的负载力矩下，给定100n/min的初始转速值，伺服电机在大约100μs左右的时间上升到给定转速值，响应快速。

5    结束语

        将嵌入式技术移植到全电动立式注塑机上，并设计了怎样控制伺服电机的控制电路，采用程序模块化的方法对其运动控制进行了编程控制，最后模拟仿真证明该方法的有效性。全电动立式注塑机的发展已经日趋完善，在这个发展过程中必然会有很多新的问题，期望通过对控制器的设计，来提高控制精度，节省能耗，为电动立式注塑机控制器设计开辟一条新的路径。