基于DSP+CPLD的伺服控制卡的設計

0 引 言
隨著先進制造技術的迅速發(fā)展，對運動控制的精度要求也越來越高，而運動伺服控制系統(tǒng)的性能很大程度上取決于伺服控制算法，通過運動控制與智能控制的融合，從改進傳統(tǒng)的PID控制，到現(xiàn)代的最優(yōu)控制、自適應控制、智能控制技術，應用先進的智能控制策略達到高質(zhì)量的運動控制效果，已經(jīng)成為當前研究的一個熱點。
由于運動伺服控制系統(tǒng)中存在負載模型參數(shù)的變化，機械摩擦、電機飽和等非線性因素，造成受控對象的非線性和模型不確定性，使得需要依靠精確的數(shù)學模型，系統(tǒng)模型參數(shù)的常規(guī)PID控制很難獲得超高精度、快響應的運動軌跡的要求。因此伺服控制系統(tǒng)越來越多采用PID與其他新型控制算法相結(jié)合的控制方式，如人工智能與專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等，這里設計了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法的運動伺服控制卡，采用DSP+CPLD的硬件平臺，采用單神經(jīng)元PID與CMAC并行控制的伺服控制算法，通過對伺服電機的控制實現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制。仿真和實踐結(jié)果證明，這種運動控制算法有魯棒性和抗干擾能力。

1 硬件設計
該運動控制卡是以PC機作為主機的運動控制卡，選用DSP作為核心微處理器，卡上集成編碼器信號采集和處理電路，D／A輸出電路，擴展存儲器電路和DSP―PC通信電路。PC機把粗處理的數(shù)據(jù)通過DSP一PC通信接口傳遞給運動控制系統(tǒng)，DSP通過對光電編碼器反饋信號處理電路的結(jié)果分析，計算出與給定位置的誤差值，再通過軟件位置調(diào)節(jié)器獲得位置控制量，計算出運動速度控制量，產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換將模擬電壓量送給伺服放大器，通過對伺服電機的控制實現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

選用美國TI公司的16位定點DSPTMS320LF2407A作為運動控制器的核心處理器，地址譯碼、時序邏輯、編碼器信號處理電路用CPLD來完成，用PCI接口芯片實現(xiàn)雙口RAM與PC機的通信，雙口RAM用來存儲和緩沖DSP與PC機間的通信數(shù)據(jù)，SRAM用來存儲運動控制器運行時的程序和數(shù)據(jù)。