一种基于DSP的伺服控制器的设计与应用吴建昆,唐小琦,宋宝(华中科技大学,湖北武汉430074DesignandApplicationofaServoControllerBasedDSPWUJiankun,TANGXiaoqi,SONGBao(HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China摘要:介绍了一种由专用电机控制芯片DSPMotionChip作为核心的伺服控制器,该伺服控制器可以方便的用于各种运动控制系统中。文章详细地介绍了该伺服控制器的硬件组成原理、软件结构方案,制的方法。关键词;中图分类号文献标识码:B文章编号:1001-2257(200303-0026-03Abstract:ThepaperpresentsaservocontrollerwiththeDSPMotionChip.Theservocontrollercanbeconve2nientlyusedinmanymotioncontrolsystem.Thehardwareandsoftwaredesignmethodoftheservocontrollerisdis2cussedindetail.Themethodofmultiaxismotioncontrolwiththeservocontrollersisalsointroducedinthepaper.Keywords:DSP;servocontroller;multiaxismo2tioncontrol收稿日期:2002-09-030引言在传统的电机伺服控制装置中,一般采用一个或多个单片机作为伺服控制的核心处理器。这种伺服控制器外围电路复杂,计算速度慢,从而导致控制效果不理想。近年来,许多新的电机调速算法被研究并运用于电机控制系统中。如矢量控制、直接转矩控制等。随着这些控制算法的日益复杂,必须具备高速运算能力的处理器才能实现实时计算和控制。为了适应这种需要,国外许多公司开发了控制电机专用的高档单片机和数字信号处理器(DSP。现在,通常使用的伺服控制器的控制核心部分大都由DSP和大规模可编程逻辑器件组成。要,,但是,Tech2DSP,设计了1种体积小,使用方便的伺服控制器。1硬件方案设计该伺服控制器的简化硬件框图如图1所示。它图1伺服控制器硬件框图由2个部分组成:电机功率驱动部分和以MotionChip芯片为核心的控制部分。由于该伺服控制器是为小功率永磁同步电机设计的,并且考虑到控制器的体积和成本,所以电机功率驱动电路采用6个功率MOSFET管组成逆变桥,并用IR公司的三相桥驱动芯片IR2130驱动MOSFET管。另外,为了保护功率MOSFET管和驱动芯片,驱动电路里还设计有过流、过压和欠压等保护电路。伺服控制器的控制部分以MotionChip芯片为控制核心;通过CAN总线控制芯片,可与主机、及其它伺服控制器构成多轴运动控制系统;EEPROM(电可・62・1机械与电子22003(3编程只读存储器存储伺服控制器的配置参数和运动控制指令;6路PWM信号通过高速光隔输出,控制功率MOSFET管的导通与关断;2路逆变器相电流检测信号IA、IB作为伺服控制器的电流环反馈信号;A、B、Z3组差分信号为电机位置检测用的码盘反馈信号;驱动器保护信号用来向控制器报告驱动器的报警信息;辅助IΠO信号用于监视执行机构的状态和进行辅助控制。1.1MotionChip芯片简介[1]MotionChip是Technosoft公司开发的电机伺服控制专用芯片。它是基于TMS320C240的DSP(数字信号处理器,外围设置了许多电机伺服控制专用的可编程配置管脚。TMS320C240是TI公司推出的电机控制专用16位定点数字信号处理器,MotionChip,;,可配置不同的控制环模式(开环,位置环,速度环;能实现独立或主从运行模式;执行Technosoft自行开发的高级运动控制语言。1.2反馈信号处理[2]增量式码盘一般输出的是差分信号,该信号具有抗干扰能力强的优点。而输入MotionChip的只能是数字信号,所以差分信号需先通过三端电容去除高频干扰,然后输入到差分信号接收芯片中。输出的信号就可以直接进入MotionChip中进行倍频鉴相,然后计数作为位置反馈信号。对于逆变器相电流检测信号IA、IB,通过高速运放组成的电流取样和滤波电路直接输入MotionChip的IA,IB管脚进行AΠD转换。1.3驱动器保护信号功率驱动器的保护信号包括逆变电路的过流、过压报警和驱动芯片的欠压保护。当有报警信号产生时,为了保护功率管和驱动芯片,应立即关断功率管,即停止PWM信号的输出。所以驱动器保护信号通过光隔向MotionChip进行报警,以关闭PWM信号。1.4辅助IΠO信号[3]辅助IΠO信号包括执行机构的状态监视和辅助控制。对于状态监视信号,MotionChip有专门的管脚可以捕获限位和回零这样的状态信号,没有的状态信号也可通过编程使用空闲的IΠO管脚进行检测。设置辅...