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干货|?基于DSP的伺服控制系统设计

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-07-08 3:42:36 * 浏览: 35
干货|基于DSP的伺服控制系统设计摘要本文设计了一种基于DSP的伺服电机数字控制系统。基于数字控制系统的优点,构建了基于DSP的数字控制系统,描述了数字控制系统的结构和结构。可实现的控制功能,系统功能和系统设计。该系统以PWM矢量控制技术和DSP为核心,实现了伺服电机的复杂矢量控制,可以平滑调整和控制电机,提高电机的稳定性。引言随着科学技术的发展,人类在微电子,计算机,电力电子,电机制造等诸多领域取得了长足的进步,直接推动了伺服控制技术的快速发展和广泛应用。诸如各种数控设备,工业机器人,大规模集成电路制造,运输,载人航天器,电动工具和家用电器的应用正变得越来越普遍。本文提出了一种基于DSP和电源模块的电机伺服控制系统的设计方案。 20世纪90年代末,随着数字信号处理技术和超大规模集成电路的快速发展,出现了一些高性能,低成本的DSP芯片,其中使用DSP内核和外设进行控制,大容量片上存储器。这些组件集成在一个芯片上,可以实时执行一些高精度的复杂控制算法,减少传感器采样信号与控制命令输出之间的延迟,改善控制中的动态行为,以及通信芯片上的机制可以更容易。与其他系统等信息交互的实现,为电机控制系统的设计注入了新的活力。 DSP的出现为设计具有开放式结构和网络控制功能的高性能片上驱动控制系统提供了可能,是运动控制系统实现技术的发展方向。机器人是近年来发展起来的综合性学科。它专注于机械工程,电子工程,计算机工程,仿生学,自动控制工程和人工智能等多学科的最新科研成果,代表了机电一体化的最高成就。它是技术发展最活跃的领域之一。目前,机器人技术取得了长足的进步,产生了各种机器人,如工业机器人,爬壁机器人,爆炸机器人,水下机器人等,已广泛应用于生产和生活中。 ,发挥了巨大的作用。步行机器人通过放置在髋关节和膝关节处的马达提供驱动扭矩。在该系统中,由于人的行走是复杂且周期性的往复过程,因此电动机需要频繁的启动和停止,制动以及正负。同时,伺服控制电机的速度和位置是必要的,这对硬件系统提出了很高的要求。伺服控制系统伺服系统是一种自动控制系统,可以一定精度跟踪输入量的变化。作为闭环自动控制系统的位置跟踪系统,它在运动物体的生产过程和控制,定位,瞄准,跟踪,信号传输和接收中起着突出的作用,并已成为各种重要组成部分。调整系统。部分。典型的DSP闭环控制系统,如图1所示,基本上由三个模块组成:控制器,受控对象和传感器。控制器将参考信号与传感器测量的反馈信号进行比较,然后通过控制算法将产生的误差发送到受控对象以计算适当的校正信号。控制器的主要目的是根据控制命令和反馈信号使系统具有最佳响应,以产生适当的校正信号,该过程主要完成控制算法的执行,可以通过模拟,数字或混合。图1. DSP闭环控制系统框图现代中使用的各种控制方法控制理论,如自适应控制,模糊控制,神经网络控制,鲁棒控制等,可用于设计控制系统。有许多控制算法,但基本上它们由数学方程式加上一些过程控制命令组成,如if?then,go?to等,而TableLook-up有时是必要的,所以控制处理器是如何实现的使用软件和硬件技术的控制算法。 DSP在控制系统中的应用是控制电机的速度,位置和电流,并与主机通信。设计了伺服系统控制框图2,主要包括电机,谐波减速器和光电编码。控制器,控制板和驱动板形成一个有机整体,实现电机伺服控制和电源辅助功能。控制板实现电机的闭环控制和通信,驱动板进行功率放大,带动电机运行。图2伺服系统控制框图1. DSP总线模块为了与主机通信,驱动系统使用DSP CAN总线模块,这是一个增强型eCAN总线模块。该设计使用标准CAN控制器(SCC)模式,仅使用32个邮箱中的前15个邮箱,而无需使用定时传送。由于联合伺服单元需要同时接收消息和消息,因此需要将这些邮箱配置为接收邮箱并发送邮箱而不接收过滤。通信波特率配置为1 M / s。 2. DSP事件管理器模块该模块是电机控制模块。 DSP中有两个事件管理EVA和EVB,它们都包括通用定时器,比较单元,捕获单元,PWM逻辑电路,正交码脉冲电路和中断逻辑电路等。优化的外围单元和高电路的组合性能DSP内核为所有类型的电机提供高速,高效和全速的先进控制技术。每个事件管理器模块可以同时生成8个脉冲宽度调制(PWM)信号,包括由16位全比较单元生成的三对死区可编程CMP / PWM信号和由16位通用定时器比较器生成的两对。独立的PWM信号。通过设置不同的工作模式,可以选择输出非对称PWM波,对称PWM波或八个空间矢量的PWM波。 PWM输出频率可根据需要直接更改,PWM脉冲宽度可在PWM周期期间或之后更改,具有自动加载比较和周期寄存器可降低CPU开销。在设计中,事件管理器A中的完整比较单元用于生成具有死区保护的非对称PWM波,通过该波形控制H桥电路中的六个N沟道MOSFET晶体管的开关。由捕获单元中的CAP1 / QEP1和CAP2 / QEP2组成的正交编码脉冲(QEP)电路用于对由光电编码器产生的正交编码脉冲进行计数,以计算速度和位置。该电路受PDPINTx引脚产生的中断保护。 ADC模块用于收集H桥电路的相电流,以实现电流环的闭环控制。动力驱动模块在控制系统中,控制信号不直接驱动执行器,即电机,因为它不能为电机提供足够的动力来运行。控制信号必须通过功率放大器组件以驱动电动机。可以说功率放大器组件将具有固定电压的电源转换为由控制信号控制的能量源,并且电压,电流或其他参数随控制信号而变化。有三种类型的直流功率放大器是伺服系统中使用最广泛的:线性(比例)功率放大器,开关功率放大器和晶闸管功率放大器。开关功率放大器由脉冲宽度调制转换器调制,其被称为PWM调制方法。 1. PWM速度控制原理PWM驱动是利用大功率晶体管的开关特性来调制直流电源的固定电压,按固定频率开启和关闭,并改变“开”和“开”。根据需要一个周期。通过改变vol的“占空比”来改变断开的长度在伺服电动机的电枢上改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。图3显示了PWM控制原理图。图3 PWM控制原理图2.电流检测电路电机定子三相电机由IR公司生产的芯片IR2277测试,用于检测电机控制器中的相电流。芯片具有与DSP同步的信号端子。定子电流由芯片检测,并输出到DSP的AD转换器,检测两相的电流,从而获得定子的三相电流信息。图4显示了电机控制系统的框图。图4电机控制系统框图3.速度检测电路采用增量式光电编码器检测速度。它输出两个相位差为90度的方波信号A和B,以及非信号PA,PB和零脉冲PZ信号。光电编码器由控制系统中事件管理器的正交编码单元检测,A和B分别连接到正交解码脉冲单元的两个信道QEP1和QEP2。正交解码脉冲单元QEP具有方向检测功能,其方向检测逻辑辨别两个序列中的哪一个是前导序列,然后可以产生方向信号作为所选定时器的方向输入。注意,两列正交输入脉冲的两个边沿由正交解码脉冲单元计数,因此产生的时钟频率是每个输入序列的四倍。结论该系统的硬件采用DSP的控制结构。目前的设计简单紧凑,可以满足系统矢量控制的要求。同时,全数字控制可以大大提高系统的控制精度,功能和抗干扰能力。从典型闭环控制系统的控制算法分析来看,模拟电路难以实现复杂的控制算法。行走机器人对驱动系统有更高的要求。因此,选择基于DSP的全数字电机控制系统,并且使用的芯片很快。具有大量的位,大的片上存储器容量,特殊的电机控制模块和CAN总线通信功能,带有A / D转换模块,可以很好地满足控制要求。要了解华达伺服驱动器,请添加微信13659875081