基于DSP+CPLD的伺服控制卡的設計

0 引 言
隨著(zhù)先進(jìn)制造技術(shù)的迅速發(fā)展，對運動(dòng)控制的精度要求也越來(lái)越高，而運動(dòng)伺服控制系統的性能很大程度上取決于伺服控制算法，通過(guò)運動(dòng)控制與智能控制的融合，從改進(jìn)傳統的PID控制，到現代的最優(yōu)控制、自適應控制、智能控制技術(shù)，應用先進(jìn)的智能控制策略達到高質(zhì)量的運動(dòng)控制效果，已經(jīng)成為當前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
由于運動(dòng)伺服控制系統中存在負載模型參數的變化，機械摩擦、電機飽和等非線(xiàn)性因素，造成受控對象的非線(xiàn)性和模型不確定性，使得需要依靠精確的數學(xué)模型，系統模型參數的常規PID控制很難獲得超高精度、快響應的運動(dòng)軌跡的要求。因此伺服控制系統越來(lái)越多采用PID與其他新型控制算法相結合的控制方式，如人工智能與專(zhuān)家系統、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法等，這里設計了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制算法的運動(dòng)伺服控制卡，采用DSP+CPLD的硬件平臺，采用單神經(jīng)元PID與CMAC并行控制的伺服控制算法，通過(guò)對伺服電機的控制實(shí)現對位置的閉環(huán)控制。仿真和實(shí)踐結果證明，這種運動(dòng)控制算法有魯棒性和抗干擾能力。

1 硬件設計
該運動(dòng)控制卡是以PC機作為主機的運動(dòng)控制卡，選用DSP作為核心微處理器，卡上集成編碼器信號采集和處理電路，D／A輸出電路，擴展存儲器電路和DSP―PC通信電路。PC機把粗處理的數據通過(guò)DSP一PC通信接口傳遞給運動(dòng)控制系統，DSP通過(guò)對光電編碼器反饋信號處理電路的結果分析，計算出與給定位置的誤差值，再通過(guò)軟件位置調節器獲得位置控制量，計算出運動(dòng)速度控制量，產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)D／A轉換將模擬電壓量送給伺服放大器，通過(guò)對伺服電機的控制實(shí)現對位置的閉環(huán)控制。系統的結構框圖如圖1所示。

選用美國TI公司的16位定點(diǎn)DSPTMS320LF2407A作為運動(dòng)控制器的核心處理器，地址譯碼、時(shí)序邏輯、編碼器信號處理電路用CPLD來(lái)完成，用PCI接口芯片實(shí)現雙口RAM與PC機的通信，雙口RAM用來(lái)存儲和緩沖DSP與PC機間的通信數據，SRAM用來(lái)存儲運動(dòng)控制器運行時(shí)的程序和數據。