ARM和DSP設(shè)計的竹節(jié)紗控制系統(tǒng)伺服控制器方案

在ARM中移植嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 5．0，Windows CE是微軟開發(fā)的專用于嵌入式領(lǐng)域：的一款可裁剪的32位實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)。和其他嵌入式操作系統(tǒng)相比，它具有可靠性好、實(shí)時性高、內(nèi)核體積小及可伸縮性、強(qiáng)大的通信能力等特點(diǎn)，所以被廣泛用于各種嵌入式智能設(shè)備的開發(fā)，是當(dāng)今應(yīng)用最多、增長最快的嵌入式操作系統(tǒng)。

以串V1通訊為例來說明在此系統(tǒng)下對外設(shè)操作的流程。每次打開或關(guān)閉串口都要調(diào)用文件API對；串口設(shè)備進(jìn)行訪問，文件API被操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)到FileSys．exe進(jìn)程中，當(dāng)FileSys．exe識別是對設(shè)備操作的信息，便會把執(zhí)行交給設(shè)備管理器處理；設(shè)備管葷理器將根據(jù)具體的請求，調(diào)用串口驅(qū)動程序中的接口；最終，驅(qū)動程序負(fù)責(zé)與硬件的交互。

此處的USB接口既可以用來連接標(biāo)準(zhǔn)的鼠標(biāo)，又可以接u盤。竹節(jié)紗生產(chǎn)的工藝參數(shù)可以通過此接口存儲在u盤中，也可以選擇存儲在ARM核外擴(kuò)的EEPROM當(dāng)中。系統(tǒng)的輸入信號如高速運(yùn)行信號、低速運(yùn)行信號和緊急停車信號通過I／O口輸入給控制器，此外伺服指示信號、故障信號等輸出信號也是通過I／0口輸出。

2．2基于DSP的驅(qū)動器

永磁同步伺服驅(qū)動系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。本方案永磁同步電動機(jī)的額定功率為2 kW，額定轉(zhuǎn)速為2 000 r／min，額定電壓200V。編碼器兩路正交信號的分辨率為每轉(zhuǎn)2500個脈沖，另外還三路對稱的U、V、W信號，用于點(diǎn)擊起動和決定磁極的初始位置。三相變頻器中整流和逆變部分采用功率模塊，電流采樣采用變比為1：1 000的霍爾元件實(shí)現(xiàn)對主回路的電流信號的采樣，DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812。

TMS320F2812的事件管理器模塊中，利用3個比較單元的任何一個與通用定時器1(事件管理器A)或通用定時器3(事件管理器B)、比較單元、死區(qū)單元和輸出邏輯結(jié)合使用就能產(chǎn)生一對死區(qū)和極性可編程的PWM信號，通過相應(yīng)的六路輸出引腳輸出。圖5為DSP伺服軟件框圖，軟件主要包括三部分，第一部分DSP根據(jù)外部輸入的運(yùn)行信號和觸摸屏上輸入的速度位置命令，與電機(jī)反饋的位置和速度信號進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，給出轉(zhuǎn)矩命令，勵磁分量一般給定為零。第二部分根據(jù)采樣得到的相電流i 、i 和位置信號0 進(jìn)行坐標(biāo)變換。軟件的第三部分是利用空間矢量PWM(SVPWM)算法，求得三相逆變器開關(guān)信號的占空比即導(dǎo)通時間，送入DSP

的比較寄存器，輸出6路開關(guān)信號PWM1～PWM6。

3 實(shí)驗(yàn)

將該裝置安裝在改造后的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上，現(xiàn)場使用表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)定系統(tǒng)設(shè)計要求。圖6是紡制不同紗型時前羅拉編碼器和伺服電動機(jī)速度反饋波形，圖6a是紡正常紗的波形，前羅拉編碼器每圈1024線，測得的脈沖周期為360μs，因此其轉(zhuǎn)速為163r／min，驅(qū)動中、后羅拉的伺服電動機(jī)編碼器反饋的脈沖數(shù)經(jīng)分頻后為每圈400個，測得的脈沖周期為1 ms，其轉(zhuǎn)速為150 r／min，兩者保持恒定的速比。圖6b是紡竹節(jié)紗的波形，基紗對應(yīng)的伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速為150r／min，速度反饋的波形周期應(yīng)為1 ms，竹節(jié)紗對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為375 r／rain，速度反饋的波形周期應(yīng)為400μs。為清晰起見，圖6b只捕獲了伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速由375 r／min向150r／min降速的一個片段，640μs對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為234r／min，840s對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為179r／min。

4 結(jié) 語

本文利用ARM和DSP雙處理器的配合，完成了竹節(jié)紗生產(chǎn)控制系統(tǒng)中伺服控制器的設(shè)計。ARM作為主處理器，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程的工藝控制，以及系統(tǒng)輸入、輸出信號的處理；DSP作為從處理器，主要完成電機(jī)的控制功能。現(xiàn)場運(yùn)行表明，此系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計要求，具有很高的性價比。