磁浮平面电机运动控制系统硬件设计

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磁浮平面电机是一种平面运动机构,其动子和定子间采用磁浮支撑,可实现无摩擦磨损的六自由度大行程平面运动。相比于依靠直线电机正交组合驱动的传统平面电机,它具有运动结构简单和运动质量轻等特点,易于实现高速和高加速,利于双台交换并可在真空坏境工作,是高性能光刻机的新型核心驱动部件,并是下一代极紫外光刻机的运动必需部件。因此,开展磁浮平面电机研究,对提升我国的高性能光刻机技术具有重要意义。本文对磁浮平面电机的运动控制系统硬件进行了设计研究。根据磁浮平面电机运动控制特点与独立线圈控制的解耦特性,提出了基于DSP+FPGA的控制器及功率放大器硬件结构,进行了运动控制器与功率放大器的硬件电路设计。运动控制器硬件设计包括:DSP子系统,FPGA子系统,模拟和数字I/O接口电路,RS-485高速通信电路,高速并行总线接口电路,电源电路等;功率放大器硬件设计包括:放大器接口电路、PWM电路、功率桥电路、输出滤波电路、电流环反馈电路、过载保护电路等。最后通过搭建系统调试平台和环境,对运动控制器和功率放大器进行了完整性和功能性测试。本文的磁浮电机运动控制系统硬件,具有开放结构,可根据电机驱动线圈数目进行扩充,最大可扩至32轴。经过测试,研制完成的运动控制器和功率放大器,取得良好的驱动性能,其输出PWM开关频率可达100~200KHz,最大驱动电流12A,电流分辨率约为5mA,线圈驱动时响应带宽达到4KHz,可以实现高性能的电机驱动。
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