ARM和DSP設計的竹節紗控制系統伺服控制器方案

在ARM中移植嵌入式操作系統Windows CE 5．0，Windows CE是微軟開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用于嵌入式領(lǐng)域：的一款可裁剪的32位實(shí)時(shí)嵌入式操作系統。和其他嵌入式操作系統相比，它具有可靠性好、實(shí)時(shí)性高、內核體積小及可伸縮性、強大的通信能力等特點(diǎn)，所以被廣泛用于各種嵌入式智能設備的開(kāi)發(fā)，是當今應用最多、增長(cháng)最快的嵌入式操作系統。

以串V1通訊為例來(lái)說(shuō)明在此系統下對外設操作的流程。每次打開(kāi)或關(guān)閉串口都要調用文件API對；串口設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，文件API被操作系統轉發(fā)到FileSys．exe進(jìn)程中，當FileSys．exe識別是對設備操作的信息，便會(huì )把執行交給設備管理器處理；設備管葷理器將根據具體的請求，調用串口驅動(dòng)程序中的接口；最終，驅動(dòng)程序負責與硬件的交互。

此處的USB接口既可以用來(lái)連接標準的鼠標，又可以接u盤(pán)。竹節紗生產(chǎn)的工藝參數可以通過(guò)此接口存儲在u盤(pán)中，也可以選擇存儲在ARM核外擴的EEPROM當中。系統的輸入信號如高速運行信號、低速運行信號和緊急停車(chē)信號通過(guò)I／O口輸入給控制器，此外伺服指示信號、故障信號等輸出信號也是通過(guò)I／0口輸出。

2．2基于DSP的驅動(dòng)器

永磁同步伺服驅動(dòng)系統的硬件結構如圖4所示。本方案永磁同步電動(dòng)機的額定功率為2 kW，額定轉速為2 000 r／min，額定電壓200V。編碼器兩路正交信號的分辨率為每轉2500個(gè)脈沖，另外還三路對稱(chēng)的U、V、W信號，用于點(diǎn)擊起動(dòng)和決定磁極的初始位置。三相變頻器中整流和逆變部分采用功率模塊，電流采樣采用變比為1：1 000的霍爾元件實(shí)現對主回路的電流信號的采樣，DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812。

TMS320F2812的事件管理器模塊中，利用3個(gè)比較單元的任何一個(gè)與通用定時(shí)器1(事件管理器A)或通用定時(shí)器3(事件管理器B)、比較單元、死區單元和輸出邏輯結合使用就能產(chǎn)生一對死區和極性可編程的PWM信號，通過(guò)相應的六路輸出引腳輸出。圖5為DSP伺服軟件框圖，軟件主要包括三部分，第一部分DSP根據外部輸入的運行信號和觸摸屏上輸入的速度位置命令，與電機反饋的位置和速度信號進(jìn)行PI調節，給出轉矩命令，勵磁分量一般給定為零。第二部分根據采樣得到的相電流i 、i 和位置信號0 進(jìn)行坐標變換。軟件的第三部分是利用空間矢量PWM(SVPWM)算法，求得三相逆變器開(kāi)關(guān)信號的占空比即導通時(shí)間，送入DSP

的比較寄存器，輸出6路開(kāi)關(guān)信號PWM1～PWM6。

3 實(shí)驗

將該裝置安裝在改造后的環(huán)錠細紗機上，現場(chǎng)使用表明系統穩定可靠，達到了預定系統設計要求。圖6是紡制不同紗型時(shí)前羅拉編碼器和伺服電動(dòng)機速度反饋波形，圖6a是紡正常紗的波形，前羅拉編碼器每圈1024線(xiàn)，測得的脈沖周期為360μs，因此其轉速為163r／min，驅動(dòng)中、后羅拉的伺服電動(dòng)機編碼器反饋的脈沖數經(jīng)分頻后為每圈400個(gè)，測得的脈沖周期為1 ms，其轉速為150 r／min，兩者保持恒定的速比。圖6b是紡竹節紗的波形，基紗對應的伺服電動(dòng)機轉速為150r／min，速度反饋的波形周期應為1 ms，竹節紗對應的轉速為375 r／rain，速度反饋的波形周期應為400μs。為清晰起見(jiàn)，圖6b只捕獲了伺服電動(dòng)機轉速由375 r／min向150r／min降速的一個(gè)片段，640μs對應的轉速為234r／min，840s對應的轉速為179r／min。

4 結 語(yǔ)

本文利用ARM和DSP雙處理器的配合，完成了竹節紗生產(chǎn)控制系統中伺服控制器的設計。ARM作為主處理器，負責生產(chǎn)過(guò)程的工藝控制，以及系統輸入、輸出信號的處理；DSP作為從處理器，主要完成電機的控制功能?，F場(chǎng)運行表明，此系統穩定可靠，達到了預定的設計要求，具有很高的性?xún)r(jià)比。