DSP的VCM低頻主動(dòng)隔振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：音圈電機(jī)(Voice Coil Motor，VCM)因其良好的線性驅(qū)動(dòng)性能，在主動(dòng)隔振系統(tǒng)中作為主動(dòng)吸振器的驅(qū)動(dòng)器日益受到人們的青睞。本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于低頻主動(dòng)隔振系統(tǒng)中，基于DSP的VCM控制系統(tǒng)，給出了軟、硬件設(shè)計(jì)方法，并介紹了一種基于時(shí)鐘節(jié)拍和消息機(jī)制的軟件系統(tǒng)的工作原理。
關(guān)鍵詞：音圈電機(jī)；DSP；時(shí)鐘節(jié)拍；消息機(jī)制

引言
近年來，隨著微／納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，加工、測(cè)量都要求一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，以提高加工、測(cè)量精度。然而振動(dòng)干擾無處不在，室外交通、室內(nèi)人員走動(dòng)、機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等均可能造成振動(dòng)干擾。大地產(chǎn)生的振動(dòng)頻率約為0．1～10 Hz，實(shí)驗(yàn)室人員走動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率約為1～3Hz，一般建筑物的振動(dòng)頻率約在10～100 Hz之間。而且這些振動(dòng)都很難徹底消除，所以振動(dòng)的抑制與隔離就尤為重要。
振動(dòng)的抑制與隔離方法有多種，通常將振動(dòng)隔離技術(shù)分為被動(dòng)隔振技術(shù)和主動(dòng)隔振技術(shù)。音圈電機(jī)(Voice Coil Motor，VCM)是電磁線性電機(jī)中的一種，最早用于擴(kuò)音器。因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直接驅(qū)動(dòng)、維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，并具有良好的加速、減速性能，所以VCM激勵(lì)器常用于需要快速、運(yùn)動(dòng)受控的設(shè)備等場(chǎng)合，如DVD中的伺服控制、硬盤，以及攝像機(jī)鏡頭等。本文選用VCM作為低頻主動(dòng)隔振系統(tǒng)中主動(dòng)吸振器的驅(qū)動(dòng)器，并給出了軟、硬件設(shè)計(jì)方法。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
VCM控制系統(tǒng)硬件電路采用TI公司的TMS320F2812(以下簡(jiǎn)稱F2812)作為控制系統(tǒng)核心。該芯片是一款功能非常強(qiáng)大的32位定點(diǎn)DSP芯片，既具有數(shù)字信號(hào)處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能。時(shí)鐘頻率為150 MHz，能夠滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求。另外，該芯片還支持96個(gè)外部中斷、豐富的外部存儲(chǔ)器接口等。VCM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1中，電源模塊為系統(tǒng)提供各種規(guī)格的電源需求；DSP最小系統(tǒng)模塊是控制系統(tǒng)的運(yùn)算處理核心；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊分別采用IS61LV25616AL和SST39VF800Q擴(kuò)展了8 MbFlash和4 Mb RlAM；CPLD擴(kuò)展模塊采用EPM3256A系列的CPLD擴(kuò)展了人機(jī)交互模塊和RS232和USB2．0通信模塊；加速度傳感器信號(hào)采集電路是主動(dòng)隔振系統(tǒng)的振動(dòng)干擾檢測(cè)模塊，即控制系統(tǒng)的前向通道；VCM驅(qū)動(dòng)電路模塊為控制系統(tǒng)的后向通道。
在主動(dòng)隔振系統(tǒng)中，采用的是ICP式加速度傳感器來檢測(cè)隔振平臺(tái)的振動(dòng)情況。傳感器的輸出為±5 V的電壓信號(hào)，為了獲得足夠的分辨率和線性度，選用了ADI公司的24位∑-△ADC轉(zhuǎn)換芯片AD7734。其非線性度不超過±0．0025％，并具有SPI通信接口。通過配置AD7734的內(nèi)部寄存器，可以直接采樣加速度傳感器輸出的±5 V信號(hào)。前向通道的電路原理圖如圖2所示。其中，AD780是一款超高精度帶隙基準(zhǔn)電壓源，可以提供2．5 V輸出。