基于DSP高精度伺服位置環(huán)設(shè)計(jì)

　　位置前饋中速度項(xiàng)差分方程：

　　式中R(k)為第K個(gè)采樣周期中的位置給定信號(hào);Yaf為第K個(gè)采樣周期中速度信號(hào)的輸出，Ksf為速度前饋比例系數(shù)。

　　相應(yīng)的位置環(huán)P的差分方程：

　　式中R(k)為第K個(gè)采樣周期中的位置給定信號(hào);C(k)為第K個(gè)采樣周期中的位置反饋信號(hào)，Ye為第K個(gè)采樣周期中位置環(huán)信號(hào)的輸出，Kc為位置環(huán)比例系數(shù)。

　　絕對(duì)式編碼器通信程序

　　絕對(duì)式編碼器與DSP的接口采用CPLD作為接口芯片。CPLD的程序采用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)，程序結(jié)構(gòu)如圖4所示。此電路完成串行輸入數(shù)據(jù)到并行輸出數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以及并行輸入數(shù)據(jù)到串行輸出數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

　　圖4中，模塊DIV為時(shí)鐘分頻器，TX模塊接收來(lái)自微處理器接口模塊MP的8位并行數(shù)據(jù)，并通過(guò)端口DOUT將數(shù)據(jù)串行輸出到RS-485端口。反過(guò)來(lái)，RX模塊接收串行數(shù)據(jù)輸入，并以8位并行格式發(fā)送至MP模塊，MP模塊同時(shí)將接收到的位置信號(hào)轉(zhuǎn)成脈沖形式輸出，實(shí)現(xiàn)與CNC的連接。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　本設(shè)計(jì)，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，記錄實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。虛擬測(cè)試平臺(tái)配置如下：軟件NI LabVIEW 8.0，硬件NI M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-6251，16、NI 計(jì)數(shù)器/定時(shí)器PCI-6602。

　　圖5給出了加工過(guò)程中的速度波形。圖5表明，系統(tǒng)的加、減速時(shí)間小于200ms;無(wú)位置超調(diào);穩(wěn)定時(shí)，速度波動(dòng)小于0.1轉(zhuǎn)。速度頻率響應(yīng):大于300Hz;速度波動(dòng)率：小于±0.01%(負(fù)載0～100%)、0(電源±10%);調(diào)速范圍：0.1rpm~3000rpm;回轉(zhuǎn)定位精度：1個(gè)脈沖。

　　圖6給出了驅(qū)動(dòng)器配國(guó)產(chǎn)某品牌加工中心的機(jī)械加工結(jié)果。實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)：上表面表面粗糙度Ra1.6μm;側(cè)面(即測(cè)量面)的粗糙度Ra3.2μm。

　　結(jié)語(yǔ)

　　針對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給控制，采用磁場(chǎng)定向控制與前饋補(bǔ)償控制，以 TMS320F2812DSP 控制器、IPM功率模塊、TS5667N120 17位絕對(duì)式編碼器為主要功能部件，設(shè)計(jì)出的永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)控制器，在數(shù)控加工中心的應(yīng)用中，具有定位無(wú)超調(diào)、高剛性、高速度穩(wěn)定性，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，可以滿(mǎn)足微米級(jí)加工精度的要求。