DSP56F807在交流隨動系統(tǒng)中的應用

1 隨動系統(tǒng)的組成及功能簡介

交流隨動系統(tǒng)由交流電機、交流伺服驅(qū)動器、隨動控制器、編碼器(旋轉(zhuǎn)變壓器)、減速器等部分組成。如圖1所示。

隨動控制器是由DSP芯片為核心擴展而成的。它可以接收上位機傳送的給定位置信息與編碼器采集的實際位置信息，通過前饋PID控制算法，輸出模擬電壓量送入驅(qū)動器中，實現(xiàn)對負載運動狀態(tài)的控制?？刂破骺梢圆杉S動轉(zhuǎn)塔的鎖定信號和限位信號，并控制隨動系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

驅(qū)動器是專為交流電機設計的，內(nèi)部嵌有交流電機控制算法、與交流電機編碼器構(gòu)成速度環(huán)和電流環(huán)，可以利用其RS-232串口對其內(nèi)部參數(shù)進行設置，比如最大加速度的設置以保證系統(tǒng)的響應特性;還可以接收驅(qū)動器使能信號，當使能信號為高時，控制電機鎖緊，當使能信號為低時，控制電機與減速器解脫鎖緊。

交流電機是隨動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，由驅(qū)動器輸出三相交流電壓，控制電機的轉(zhuǎn)速，通過減速器，最終實現(xiàn)對負載的位置控制。

制動器是用于在某些工作狀態(tài)或故障狀態(tài)時，為保護系統(tǒng)的安全性而設置的電機抱閘裝置。當控制電壓為零時，電機處于抱閘狀態(tài)，當控制電壓為+24 V時，電機處于解脫狀態(tài)。

電源為隨動系統(tǒng)中的各部件提供相應的電源，同時在隨動控制器的控制下，控制電機制動器的工作狀態(tài)。

本文主要介紹隨動控制器中串行接口的設計、電氣限位和制動的實現(xiàn)。

2 DSP56F807處理器的特點

●計算機具有獨立的數(shù)據(jù)存儲空間和程序存儲空間，支持并行處理;在80 MHz時鐘頻率下，可達到40 MIPS的指令執(zhí)行速度;單指令周期可以完成16位×16位的并行乘-加運算。

●特殊的多功能DSP指令，即一條指令可以完成幾種不同的操作;針對電機控制DSP集成了許多相關的外設模塊。增加了電機控制系統(tǒng)的集成度，并有效地降低了系統(tǒng)的成本，同時還使系統(tǒng)的可靠性大大提高。

●支持C語言編程，C語言與匯編語言的混合編程更加靈活、方便。JTAG/OnCE程序調(diào)試接口，允許在系統(tǒng)設計過程中隨時進行調(diào)試，并可對軟件進行實時調(diào)試。

●電源采用3.3 V供電，但允許輸入端口使用5 V TTL電平。

3 隨動控制器

該部分的設計采用子母板架構(gòu)，子板具有獨立的復位電路、時鐘電路，以及JTAG接口。母板只需要設計串口電路，鎖定、限位控制電路等。

3.1 串口電路的設計

串口電路如圖2所示。

隨動控制器需要與高低、方位伺服驅(qū)動器，高低、方位旋轉(zhuǎn)變壓器以及上位機等進行通訊，而DSP56F807只有兩路串口0、串口1，遠不能滿足要求，因此需要將兩路串口擴展成為5路。

串口0的GPIO RXD0、GPIO TXD0直接通過MAX1482ESD轉(zhuǎn)換成RS-422接口，與上位機進行通信。串口1的GPIO RXD1、GPIO TXD1通過MAX3232轉(zhuǎn)換成兩路RS-232接口分別與高低、方位驅(qū)動器進行通信，通過兩片MAX1482ESD轉(zhuǎn)換成兩路RS-422分別與高低、方位旋轉(zhuǎn)變壓器進行通信。

接收選用8選一數(shù)據(jù)選擇器74HCT151D，發(fā)送選用8通道多路器74HC4051D。將DSP的GPIO管腳49、50、51做為74HCT151D和74HCA051D的輸入A、B、C經(jīng)過譯碼成8路接收或發(fā)送來自不同通道的信號。

與RS-422接口通信采用MAX1482ESD低功耗收發(fā)器，接收輸出使能端RE為低，輸入A大于B，接收輸出端RO為高;反之，輸入A小于B，接收輸出端RO為低。接收輸出使能端RE為高，接收輸出端RO為高阻狀態(tài)。發(fā)送輸入使能端DE為高，發(fā)送輸入端DI為低，輸出差分信號Y端為低，Z端為高;反之，發(fā)送輸入端DI為高，輸出差分信號Y端為高，Z端為低。發(fā)送輸入使能端DE為低時，發(fā)送輸入端DI無效，輸出端Y、Z為高阻狀態(tài)。

3.2 電氣限位和制動

3.2.1 限位的種類及原理