DSP56F807在交流隨動(dòng)系統中的應用

1 隨動(dòng)系統的組成及功能簡(jiǎn)介

交流隨動(dòng)系統由交流電機、交流伺服驅動(dòng)器、隨動(dòng)控制器、編碼器(旋轉變壓器)、減速器等部分組成。如圖1所示。

隨動(dòng)控制器是由DSP芯片為核心擴展而成的。它可以接收上位機傳送的給定位置信息與編碼器采集的實(shí)際位置信息，通過(guò)前饋PID控制算法，輸出模擬電壓量送入驅動(dòng)器中，實(shí)現對負載運動(dòng)狀態(tài)的控制?？刂破骺梢圆杉S動(dòng)轉塔的鎖定信號和限位信號，并控制隨動(dòng)系統的工作狀態(tài)。

驅動(dòng)器是專(zhuān)為交流電機設計的，內部嵌有交流電機控制算法、與交流電機編碼器構成速度環(huán)和電流環(huán)，可以利用其RS-232串口對其內部參數進(jìn)行設置，比如最大加速度的設置以保證系統的響應特性;還可以接收驅動(dòng)器使能信號，當使能信號為高時(shí)，控制電機鎖緊，當使能信號為低時(shí)，控制電機與減速器解脫鎖緊。

交流電機是隨動(dòng)系統的執行機構，由驅動(dòng)器輸出三相交流電壓，控制電機的轉速，通過(guò)減速器，最終實(shí)現對負載的位置控制。

制動(dòng)器是用于在某些工作狀態(tài)或故障狀態(tài)時(shí)，為保護系統的安全性而設置的電機抱閘裝置。當控制電壓為零時(shí)，電機處于抱閘狀態(tài)，當控制電壓為+24 V時(shí)，電機處于解脫狀態(tài)。

電源為隨動(dòng)系統中的各部件提供相應的電源，同時(shí)在隨動(dòng)控制器的控制下，控制電機制動(dòng)器的工作狀態(tài)。

本文主要介紹隨動(dòng)控制器中串行接口的設計、電氣限位和制動(dòng)的實(shí)現。

2 DSP56F807處理器的特點(diǎn)

●計算機具有獨立的數據存儲空間和程序存儲空間，支持并行處理;在80 MHz時(shí)鐘頻率下，可達到40 MIPS的指令執行速度;單指令周期可以完成16位×16位的并行乘-加運算。

●特殊的多功能DSP指令，即一條指令可以完成幾種不同的操作;針對電機控制DSP集成了許多相關(guān)的外設模塊。增加了電機控制系統的集成度，并有效地降低了系統的成本，同時(shí)還使系統的可靠性大大提高。

●支持C語(yǔ)言編程，C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的混合編程更加靈活、方便。JTAG/OnCE程序調試接口，允許在系統設計過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行調試，并可對軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)調試。

●電源采用3.3 V供電，但允許輸入端口使用5 V TTL電平。

3 隨動(dòng)控制器

該部分的設計采用子母板架構，子板具有獨立的復位電路、時(shí)鐘電路，以及JTAG接口。母板只需要設計串口電路，鎖定、限位控制電路等。

3.1 串口電路的設計

串口電路如圖2所示。

隨動(dòng)控制器需要與高低、方位伺服驅動(dòng)器，高低、方位旋轉變壓器以及上位機等進(jìn)行通訊，而DSP56F807只有兩路串口0、串口1，遠不能滿(mǎn)足要求，因此需要將兩路串口擴展成為5路。

串口0的GPIO RXD0、GPIO TXD0直接通過(guò)MAX1482ESD轉換成RS-422接口，與上位機進(jìn)行通信。串口1的GPIO RXD1、GPIO TXD1通過(guò)MAX3232轉換成兩路RS-232接口分別與高低、方位驅動(dòng)器進(jìn)行通信，通過(guò)兩片MAX1482ESD轉換成兩路RS-422分別與高低、方位旋轉變壓器進(jìn)行通信。

接收選用8選一數據選擇器74HCT151D，發(fā)送選用8通道多路器74HC4051D。將DSP的GPIO管腳49、50、51做為74HCT151D和74HCA051D的輸入A、B、C經(jīng)過(guò)譯碼成8路接收或發(fā)送來(lái)自不同通道的信號。

與RS-422接口通信采用MAX1482ESD低功耗收發(fā)器，接收輸出使能端RE為低，輸入A大于B，接收輸出端RO為高;反之，輸入A小于B，接收輸出端RO為低。接收輸出使能端RE為高，接收輸出端RO為高阻狀態(tài)。發(fā)送輸入使能端DE為高，發(fā)送輸入端DI為低，輸出差分信號Y端為低，Z端為高;反之，發(fā)送輸入端DI為高，輸出差分信號Y端為高，Z端為低。發(fā)送輸入使能端DE為低時(shí)，發(fā)送輸入端DI無(wú)效，輸出端Y、Z為高阻狀態(tài)。

3.2 電氣限位和制動(dòng)

3.2.1 限位的種類(lèi)及原理