NNC-PID控制器對電液位置控制系統(tǒng)的DSP實現(xiàn)

　　電液位置伺服控制系統(tǒng)的典型特征是非線性、不確定性、時變性、外界干擾和交叉耦合干擾等，系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型不易建立。因此，對電液系統(tǒng)的控制一直是一個復(fù)雜控制系統(tǒng)問題。

　　常規(guī)PID控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)意義明確、控制的動態(tài)和靜態(tài)特性優(yōu)良等特點。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NNC)具有信息綜合、學(xué)習(xí)記憶和自適應(yīng)能力、逼近任意非線性函數(shù)的能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過程，但也存在局部最小點，不易達到最優(yōu)控制。

　　將NNC與PID控制相結(jié)合組成智能控制器可以取得更好的控制效果，這里提出采用DSP實現(xiàn)NNC-PID控制器對電液位置系統(tǒng)進行智能控制，滿足電液位置伺服對控制系統(tǒng)響應(yīng)快和高精度的要求。

　　1 電液位置伺服系統(tǒng)構(gòu)成

　　以噴漆機械手第一關(guān)節(jié)為對象，構(gòu)造了研究實驗裝置，如圖1所示。其中反饋器件采用精密導(dǎo)電塑料電位計。整個控制系統(tǒng)以DSP為核心、由噴漆機械手第一關(guān)節(jié)、位置傳感器、12位A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器、信號調(diào)理電路和輸出放大驅(qū)動電路以及上位機PC等組成，實現(xiàn)定位和伺服跟蹤控制。

　　2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　TMS320F2812是TI公司推出的2000系列的數(shù)字信號處理(DSP)，主要應(yīng)用在控制領(lǐng)域。頻率達150 MHz，定點32位的CPU，可運行16×16和32×32的運算。片上高達128 KB的程序存儲器，128 KB的ROM和18 KB的SARAM，外部接口16位數(shù)據(jù)線和19位地址線，可外擴l MB的ROM。此外還集成有16通道的12位的A/D轉(zhuǎn)換器，最小化周期80 ns，以及56個可單獨編程的通用I/0(GPIO)引腳。高速的數(shù)字信號處理能力及豐富的外擴資源使TMS320F2812適合應(yīng)用在要求較高的控制系統(tǒng)。

　　2.1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)采用了PC+DSP的控制方案，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中PC機主要用來顯示控制界面，調(diào)節(jié)各控制參數(shù)，實時顯示各相關(guān)信號。而DSP則完成低層的控制功能，通過A/D轉(zhuǎn)換器采集各路信號，經(jīng)過一定的算法處理后，由D/A口輸出，以及通過I/0口、光電隔離驅(qū)動放大電路來控制各電磁閥的開關(guān)。同時通過通信，向PC機發(fā)送采集來的信號，并接收PC機的起動、停止等指令以及各控制參數(shù)。

　　2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

　　TMS320F2812的A/D轉(zhuǎn)換器模塊時鐘可達25 MHz，轉(zhuǎn)化精度為12位，可采集16個通道，0～3 V的電壓模擬信號。多種觸發(fā)方式：軟件觸發(fā)(DOC)、事件管理器A(EVA)、事件管理器B(EVB)。其轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)與輸入電壓的關(guān)系為：數(shù)字量=4 095x(V輸入-VADCLO)/3，其中VADCLO為各通道的基準(zhǔn)電壓。

　　在PCB布線時，信號引入端到TMS320F2812引腳的距離要盡量的短，同時各通道遠離數(shù)字信號，并且大面積鋪地。A/D轉(zhuǎn)換器電路模塊中J3接傳感器，J19可接示波器等，可供其他儀器采集數(shù)據(jù)。

　　2.3 I/O及驅(qū)動設(shè)計

　　I/0板主要用來驅(qū)動各電磁閥，驅(qū)動電流可達數(shù)安培，電磁噪聲較大，各繼電器的開關(guān)會產(chǎn)生較強電磁干擾，開關(guān)的電流沖擊及電壓峰值較大，這會影響DSP的運行。因此與DSP主板分開布線制板。I/O板設(shè)計中采用74LS244作為驅(qū)動元件，TLP521作為光電隔離和繼電器來驅(qū)動外負載。在PCB布線時，有大電流通過的導(dǎo)線適當(dāng)加粗，該板可驅(qū)動8路(可擴展至16路)的電磁閥。

　　2.4 通信電路

　　USB通信電路設(shè)計中采用的ISPl581是Philips公司的通用串行總線接口器件，它完全符合USB2.0規(guī)范。支持USB2.0的自檢工作模式和USBl.1的返回工作模式，直接與ATA/ATAPI外設(shè)相連，集成8 K字節(jié)的多結(jié)構(gòu)FIF0存儲器;高速的DMA接口：7個0UT端點和一個固定的控制IN/OUT端點。通過一個高速的通用并行接口，ISPl581為基于微控制器/微處理器的系統(tǒng)提供了高速的USB通信能力。使用已有的結(jié)構(gòu)和參考的固件，不僅縮短了開發(fā)時間，還減少了開發(fā)風(fēng)險和費用，是一種簡捷、經(jīng)濟的USB外設(shè)解決方案。

　　將ISPl581映射到TMS320F2812的XINTF ZoneO空間，使用

作為ISPl581的片選信號，選用TMS320F2812的1個GPIO引腳作為復(fù)位ISPl581的信號，將讀寫控制信號直接相連，在對ISPl581操作中有重要作用的中斷信號接到DSP的XINTl，以便DSP能及時處理USB的通信中斷，由于ISPl581的存儲空間是8位組織的，而TMS320F2812的存儲空間是16位組織的，可將其數(shù)據(jù)線DO～D15直接相連，ISP1581的地址線A0接地，A1與DSP的A0相連，A2與DSP的A1相連，依次類推至A7與DSP的A6相連。ISP1581的工作模式選為通用處理器模式，即單獨的地址線AO～A 7，處理器和DMA共用數(shù)據(jù)線D0～D15，讀寫模式選為8051模式即讀寫控制為

。將MODEl引腳直接與+5 V連接，引腳ALE/AO接地。

　　2.5 外擴存儲器電路

　　TMS320F2812將外部的存儲空間映射為5個16位的區(qū)域，XINTF Zone0～XINTF Zone2、XINTF Zone 6和XINTF Zone7。其中XINTF ZoneO和XINTF Z0nel均為8 KB，并且共用片選信號

;XINTF Zone2為521 KB，片選信號

;XINTF Zone6為521 KB，XINTF Zone7為16 KB，共用片選信號

。存儲器電路使用XINTF Zone2和INTF Zone6的存儲空間，選用IS6lLV25616作為存儲器件。將TMS320F-2812和IS61LV25616的數(shù)據(jù)線D0～D16、地址線AO～A17、讀寫控制

直接連接，TMS320F2812的

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