基于DSP的NNC-PID控制器電液位置控制系統實(shí)現

電液位置伺服控制系統的典型特征是非線(xiàn)性、不確定性、時(shí)變性、外界干擾和交叉耦合干擾等，系統精確的數學(xué)模型不易建立。因此，對電液系統的控制一直是一個(gè)復雜控制系統問(wèn)題。

　　常規PID控制器具有結構簡(jiǎn)單、參數意義明確、控制的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性?xún)?yōu)良等特點(diǎn)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )(NNC)具有信息綜合、學(xué)習記憶和自適應能力、逼近任意非線(xiàn)性函數的能力，可以處理那些難以用模型和規則描述的過(guò)程，但也存在局部最小點(diǎn)，不易達到最優(yōu)控制。

　　將NNC與PID控制相結合組成智能控制器可以取得更好的控制效果，這里提出采用DSP實(shí)現NNC-PID控制器對電液位置系統進(jìn)行智能控制，滿(mǎn)足電液位置伺服對控制系統響應快和高精度的要求。

　　1 電液位置伺服系統構成

　　以噴漆機械手第一關(guān)節為對象，構造了研究實(shí)驗裝置，如圖1所示。其中反饋器件采用精密導電塑料電位計。整個(gè)控制系統以DSP為核心、由噴漆機械手第一關(guān)節、位置傳感器、12位A/D轉換器和D/A轉換器、信號調理電路和輸出放大驅動(dòng)電路以及上位機PC等組成，實(shí)現定位和伺服跟蹤控制。

　　2 控制系統硬件設計

　　TMS320F2812是TI公司推出的2000系列的數字信號處理(DSP)，主要應用在控制領(lǐng)域。頻率達150 MHz，定點(diǎn)32位的CPU，可運行16×16和32×32的運算。片上高達128 KB的程序存儲器，128 KB的ROM和18 KB的SARAM，外部接口16位數據線(xiàn)和19位地址線(xiàn)，可外擴l MB的ROM。此外還集成有16通道的12位的A/D轉換器，最小化周期80 ns，以及56個(gè)可單獨編程的通用I/0(GPIO)引腳。高速的數字信號處理能力及豐富的外擴資源使TMS320F2812適合應用在要求較高的控制系統。

　　2.1 控制系統總體結構

　　控制系統采用了PC+DSP的控制方案，系統總體結構如圖2所示。其中PC機主要用來(lái)顯示控制界面，調節各控制參數，實(shí)時(shí)顯示各相關(guān)信號。而DSP則完成低層的控制功能，通過(guò)A/D轉換器采集各路信號，經(jīng)過(guò)一定的算法處理后，由D/A口輸出，以及通過(guò)I/0口、光電隔離驅動(dòng)放大電路來(lái)控制各電磁閥的開(kāi)關(guān)。同時(shí)通過(guò)通信，向PC機發(fā)送采集來(lái)的信號，并接收PC機的起動(dòng)、停止等指令以及各控制參數。

　　2.2 A/D轉換電路

　　TMS320F2812的A/D轉換器模塊時(shí)鐘可達25 MHz，轉化精度為12位，可采集16個(gè)通道，0～3 V的電壓模擬信號。多種觸發(fā)方式：軟件觸發(fā)(DOC)、事件管理器A(EVA)、事件管理器B(EVB)。其轉化數據與輸入電壓的關(guān)系為：數字量=4 095x(V輸入-VADCLO)/3，其中VADCLO為各通道的基準電壓。

　　在PCB布線(xiàn)時(shí)，信號引入端到TMS320F2812引腳的距離要盡量的短，同時(shí)各通道遠離數字信號，并且大面積鋪地。A/D轉換器電路模塊中J3接傳感器，J19可接示波器等，可供其他儀器采集數據。

　　2.3 I/O及驅動(dòng)設計

　　I/0板主要用來(lái)驅動(dòng)各電磁閥，驅動(dòng)電流可達數安培，電磁噪聲較大，各繼電器的開(kāi)關(guān)會(huì )產(chǎn)生較強電磁干擾，開(kāi)關(guān)的電流沖擊及電壓峰值較大，這會(huì )影響DSP的運行。因此與DSP主板分開(kāi)布線(xiàn)制板。I/O板設計中采用74LS244作為驅動(dòng)元件，TLP521作為光電隔離和繼電器來(lái)驅動(dòng)外負載。在PCB布線(xiàn)時(shí)，有大電流通過(guò)的導線(xiàn)適當加粗，該板可驅動(dòng)8路(可擴展至16路)的電磁閥。

　　2.4 通信電路

　　USB通信電路設計中采用的ISPl581是Philips公司的通用串行總線(xiàn)接口器件，它完全符合USB2.0規范。支持USB2.0的自檢工作模式和USBl.1的返回工作模式，直接與ATA/ATAPI外設相連，集成8 K字節的多結構FIF0存儲器;高速的DMA接口：7個(gè)0UT端點(diǎn)和一個(gè)固定的控制IN/OUT端點(diǎn)。通過(guò)一個(gè)高速的通用并行接口，ISPl581為基于微控制器/微處理器的系統提供了高速的USB通信能力。使用已有的結構和參考的固件，不僅縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間，還減少了開(kāi)發(fā)風(fēng)險和費用，是一種簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟的USB外設解決方案。

　　將ISPl581映射到TMS320F2812的XINTF ZoneO空間，使用

作為ISPl581的片選信號，選用TMS320F2812的1個(gè)GPIO引腳作為復位ISPl581的信號，將讀寫(xiě)控制信號直接相連，在對ISPl581操作中有重要作用的中斷信號接到DSP的XINTl，以便DSP能及時(shí)處理USB的通信中斷，由于ISPl581的存儲空間是8位組織的，而TMS320F2812的存儲空間是16位組織的，可將其數據線(xiàn)DO～D15直接相連，ISP1581的地址線(xiàn)A0接地，A1與DSP的A0相連，A2與DSP的A1相連，依次類(lèi)推至A7與DSP的A6相連。ISP1581的工作模式選為通用處理器模式，即單獨的地址線(xiàn)AO～A 7，處理器和DMA共用數據線(xiàn)D0～D15，讀寫(xiě)模式選為8051模式即讀寫(xiě)控制為

。將MODEl引腳直接與+5 V連接，引腳ALE/AO接地。

　　2.5 外擴存儲器電路

　　TMS320F2812將外部的存儲空間映射為5個(gè)16位的區域，XINTF Zone0～XINTF Zone2、XINTF Zone 6和XINTF Zone7。其中XINTF ZoneO和XINTF Z0nel均為8 KB，并且共用片選信號

;XINTF Zone2為521 KB，片選信號

;XINTF Zone6為521 KB，XINTF Zone7為16 KB，共用片選信號

。存儲器電路使用XINTF Zone2和INTF Zone6的存儲空間，選用IS6lLV25616作為存儲器件。將TMS320F-2812和IS61LV25616的數據線(xiàn)D0～D16、地址線(xiàn)AO～A17、讀寫(xiě)控制

直接連接，TMS320F2812的

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