基于DSP高精度伺服位置環(huán)設(shè)計(jì)

　　圖1中TMS320F2812 DSP為控制核心，接收來自CNC、編碼器接口、電流檢測模塊和故障信號處理模塊的信息，完成對永磁同步電機(jī)控制和故障處理。光電隔離模塊作為電子電路與功率主電路的接口，將DSP發(fā)出的SVPWM信號送入IPM模塊，完成DC/AC逆變，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。編碼器接口將絕對式編碼器所記錄的永磁同步電動機(jī)的磁極位置、電動機(jī)轉(zhuǎn)向和編碼器報警等信息送往DSP，同時將永磁同步電動機(jī)的位置信息送往CNC。電機(jī)相電流經(jīng)電流檢測模塊量測、濾波、幅度變換、零位偏移、限幅，轉(zhuǎn)化為0~3V的電壓信號送入DSP的A/D引腳。功率主電路的過壓、欠壓、短路、電源掉電和IPM故障等信號經(jīng)故障檢測模塊檢測與處理后，送入DSP的I/O端口。鍵盤與顯示模塊是控制器的人機(jī)接口，用以完成控制參數(shù)的輸入，運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)顯示。存儲器模塊用以存儲控制參數(shù)與系統(tǒng)故障信息。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　按任務(wù)劃分，系統(tǒng)軟件由任務(wù)與任務(wù)管理模塊構(gòu)成，任務(wù)管理模塊對人機(jī)接口、控制算法、加減速控制、故障處理等四個任務(wù)進(jìn)行調(diào)度管理?？刂扑惴ㄖ饕ǎ赫{(diào)節(jié)器控制算法、矢量控制算法和數(shù)字濾波器算法等。

　　按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，遵循“功能獨(dú)立”的原則，將系統(tǒng)軟件劃分為主程序模塊和矢量控制程序模塊兩大部分，各部分又劃分為若干子模塊，以利于軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試、修改和維護(hù)。矢量控制軟件設(shè)計(jì)采用典型的前后臺模式，以主程序作為后臺任務(wù)，中斷服務(wù)程序作為前臺任務(wù)。根據(jù)矢量控制算法的特點(diǎn)，中斷服務(wù)程序只處理實(shí)時性高的PWM控制子程序，把系統(tǒng)的一些測量、鍵盤處理和顯示等一系列實(shí)時性不高的任務(wù)放到后臺任務(wù)。

　　主程序是軟件的主體框架，其工作過程是：系統(tǒng)上電復(fù)位后，依次對片內(nèi)外設(shè)進(jìn)行初始化、從E2PROM中讀出控制參數(shù)、LED顯示初始信息。初始化完成后，主程序循環(huán)執(zhí)行LED顯示、鍵盤處理和參數(shù)計(jì)算與保存。

　　PWM中斷服務(wù)。在PWM中斷到來時，首先讀取編碼信號，進(jìn)行角度和速度計(jì)算，接著進(jìn)行A/D采樣并執(zhí)行clark和park變換，然后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)、反park變換，最后進(jìn)入空間矢量模塊，產(chǎn)生PWM信號。

　　控制器算法

　　系統(tǒng)采用三環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電流環(huán)、速度環(huán)采用PI控制，位置環(huán)采用比例加前饋補(bǔ)償控制。

　　PID控制算法

　　PID控制算法是控制中最常用的算法，對于大多數(shù)的控制對象采用PID控制均能達(dá)到滿意的效果。為防止PID調(diào)節(jié)器出現(xiàn)過飽和，系統(tǒng)采用帶退飽和的PID控制器，如圖2所示。