DSP和ARM的音圈電機(jī)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 DSP主程序

DSP主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、定時(shí)器中斷配置、啟動(dòng)定時(shí)器、等待定時(shí)器中斷。系統(tǒng)初始化包括時(shí)鐘初始化、外設(shè)初始化、中斷服務(wù)程序初始化等。當(dāng)定時(shí)器中斷產(chǎn)生時(shí)，程序轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷，完成位置控制算法。定時(shí)器時(shí)間即位置控制算法的調(diào)節(jié)周期，根據(jù)實(shí)時(shí)位置的采樣周期來確定。定時(shí)器時(shí)間若設(shè)置過短，頻繁的調(diào)節(jié)會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定;若過長(zhǎng)，則無法達(dá)到好的調(diào)節(jié)效果，本實(shí)驗(yàn)中定時(shí)器時(shí)間選擇為采樣周期的4倍。主程序流程圖如圖4所示。

2.3.2 定時(shí)器T0中斷程序

定時(shí)器T0中斷程序主要完成位置環(huán)的計(jì)算。根據(jù)課題中音圈電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，位置環(huán)采用積分分離式比例和積分(PI)控制算法，為減小累計(jì)誤差對(duì)系統(tǒng)的影響，采用增量式PI控制。

位置調(diào)節(jié)器的輸出可表示為：

△Pn=Pn-Pn-1=KP(en-en-1)+βKIen

其中KP、KI分別為位置調(diào)節(jié)器的比例、積分系數(shù);en為第n次采樣的偏差;

為積分項(xiàng)的開關(guān)系數(shù)，ε為根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定的積分分離閾值。

當(dāng)電機(jī)的實(shí)際位置與給定期望位置的誤差小于一定值時(shí)，再恢復(fù)積分校正環(huán)節(jié)，以便消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，保證伺服電機(jī)位置控制的精度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

DSP+ARM雙核控制器硬件電路經(jīng)過測(cè)試可用，并在控制器上實(shí)現(xiàn)了相關(guān)控制算法，驗(yàn)證了算法的可行性，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)精度高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，穩(wěn)態(tài)精度能達(dá)到30 s。圖5為階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線。圖6表明，系統(tǒng)受到外界干擾后能迅速恢復(fù)到原平衡位置，抗干擾能力強(qiáng)。

結(jié)語

本文提出了一種基于浮點(diǎn)DSP和ARM的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，完成了用于激光定位和掃描的音圈電機(jī)位置伺服控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)、動(dòng)態(tài)性能以及抗干擾能力，可以滿足系統(tǒng)的要求。通過功能的合理劃分，實(shí)現(xiàn)了資源的合理配置;ARM的運(yùn)用，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，分擔(dān)了DSP的計(jì)算任務(wù)，保證了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。