基于DSP高精度伺服位置環(huán)設(shè)計

　　位置前饋中速度項(xiàng)差分方程：

　　式中R(k)為第K個采樣周期中的位置給定信號;Yaf為第K個采樣周期中速度信號的輸出，Ksf為速度前饋比例系數(shù)。

　　相應(yīng)的位置環(huán)P的差分方程：

　　式中R(k)為第K個采樣周期中的位置給定信號;C(k)為第K個采樣周期中的位置反饋信號，Ye為第K個采樣周期中位置環(huán)信號的輸出，Kc為位置環(huán)比例系數(shù)。

　　絕對式編碼器通信程序

　　絕對式編碼器與DSP的接口采用CPLD作為接口芯片。CPLD的程序采用VHDL語言編寫，程序結(jié)構(gòu)如圖4所示。此電路完成串行輸入數(shù)據(jù)到并行輸出數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以及并行輸入數(shù)據(jù)到串行輸出數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

　　圖4中，模塊DIV為時鐘分頻器，TX模塊接收來自微處理器接口模塊MP的8位并行數(shù)據(jù)，并通過端口DOUT將數(shù)據(jù)串行輸出到RS-485端口。反過來，RX模塊接收串行數(shù)據(jù)輸入，并以8位并行格式發(fā)送至MP模塊，MP模塊同時將接收到的位置信號轉(zhuǎn)成脈沖形式輸出，實(shí)現(xiàn)與CNC的連接。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　本設(shè)計，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計出實(shí)驗(yàn)測試平臺，記錄實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果。虛擬測試平臺配置如下：軟件NI LabVIEW 8.0，硬件NI M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-6251，16、NI 計數(shù)器/定時器PCI-6602。

　　圖5給出了加工過程中的速度波形。圖5表明，系統(tǒng)的加、減速時間小于200ms;無位置超調(diào);穩(wěn)定時，速度波動小于0.1轉(zhuǎn)。速度頻率響應(yīng):大于300Hz;速度波動率：小于±0.01%(負(fù)載0～100%)、0(電源±10%);調(diào)速范圍：0.1rpm~3000rpm;回轉(zhuǎn)定位精度：1個脈沖。

　　圖6給出了驅(qū)動器配國產(chǎn)某品牌加工中心的機(jī)械加工結(jié)果。實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)：上表面表面粗糙度Ra1.6μm;側(cè)面(即測量面)的粗糙度Ra3.2μm。

　　結(jié)語

　　針對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給控制，采用磁場定向控制與前饋補(bǔ)償控制，以 TMS320F2812DSP 控制器、IPM功率模塊、TS5667N120 17位絕對式編碼器為主要功能部件，設(shè)計出的永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動控制器，在數(shù)控加工中心的應(yīng)用中，具有定位無超調(diào)、高剛性、高速度穩(wěn)定性，達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)，可以滿足微米級加工精度的要求。