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基于DSP的高精度伺服位置环设计方案

作者:时间:2014-12-23来源:网络收藏

  系统软件设计

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/267219.htm

  按任务划分,系统软件由任务与任务管理模块构成,任务管理模块对人机接口、控制算法、加减速控制、故障处理等四个任务进行调度管理。控制算法主要包括:调节器控制算法、矢量控制算法和数字滤波器算法等。

  按照结构化程序设计方法,遵循“功能独立”的原则,将系统软件划分为主程序模块和矢量控制程序模块两大部分,各部分又划分为若干子模块,以利于软件设计、调试、修改和维护。矢量控制软件设计采用典型的前后台模式,以主程序作为后台任务,中断服务程序作为前台任务。根据矢量控制算法的特点,中断服务程序只处理实时性高的PWM控制子程序,把系统的一些测量、键盘处理和显示等一系列实时性不高的任务放到后台任务。

  主程序是软件的主体框架,其工作过程是:系统上电复位后,依次对片内外设进行初始化、从E2PROM中读出控制参数、LED显示初始信息。初始化完成后,主程序循环执行LED显示、键盘处理和参数计算与保存。

  PWM中断服务。在PWM中断到来时,首先读取编码信号,进行角度和速度计算,接着进行A/D采样并执行clark和park变换,然后进行PI调节、反park变换,最后进入空间矢量模块,产生PWM信号。

  控制器算法

  系统采用三环控制结构,电流环、速度环采用PI控制,位置环采用比例加前馈补偿控制。

  PID控制算法

  PID控制算法是控制中最常用的算法,对于大多数的控制对象采用PID控制均能达到满意的效果。为防止PID调节器出现过饱和,系统采用带退饱和的PID控制器,如图2所示。

  

 

  离散PID控制算法如下:

  

 

  式中,

为饱和前的输出,KP为PID控制的比例增益,Ti为PID控制的积分时间常数,Td为PID控制的微分时间常数,Kc为退饱和时间常数。

 

  位置控制器的控制算法

  位置控制器采用比例加前馈控制结构,如图3所示,其中Gm为电机的传递函数,Gspd为速度环的传递函数,Gpos为位置环的传递函数,Fpos为位置前馈控制器传递函数。

  

 

  系统的传递函数为:

  

 

  当Fpos(s)=1/(Gspd(s)Gm(s))时,H(s)=1,则可使输出完全复现输入信号,且系统的暂态和稳态误差都为零。其中当速度调节器采用PI控制时,在位置环的截止频率远小于速度环的截止频率时,速度环可等效为一个惯性环节,电机可等效为一个积分环节,于是Fpos(s)可以看成加速度前馈和速度前馈两部分[5],其中:位置前馈中加速度项差分方程:

  

 

  式中R(k)为第K个采样周期中的位置给定信号;Yaf为第K个采样周期中加速度信号的输出,Kaf为加速度前馈比例系数。

  位置前馈中速度项差分方程:

  

 

  式中R(k)为第K个采样周期中的位置给定信号;Yaf为第K个采样周期中速度信号的输出,Ksf为速度前馈比例系数。

  相应的位置环P的差分方程:

  

 

  式中R(k)为第K个采样周期中的位置给定信号;C(k)为第K个采样周期中的位置反馈信号,Ye为第K个采样周期中位置环信号的输出,Kc为位置环比例系数。

  绝对式编码器通信程序

  绝对式编码器与的接口采用CPLD作为接口芯片。CPLD的程序采用VHDL语言编写,程序结构如图4所示。此电路完成串行输入数据到并行输出数据的转换,以及并行输入数据到串行输出数据的转换。

  

 

  图4中,模块DIV为时钟分频器,TX模块接收来自微处理器接口模块MP的8位并行数据,并通过端口DOUT将数据串行输出到RS-485端口。反过来,RX模块接收串行数据输入,并以8位并行格式发送至MP模块,MP模块同时将接收到的位置信号转成脉冲形式输出,实现与CNC的连接。

伺服电机相关文章:伺服电机工作原理




关键词: DSP 伺服 机床

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