ARM和DSP設(shè)計(jì)的竹節(jié)紗控制系統(tǒng)伺服控制器方案

在ARM中移植嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 5．0，Windows CE是微軟開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用于嵌入式領(lǐng)域：的一款可裁剪的32位實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。和其他嵌入式操作系統(tǒng)相比，它具有可靠性好、實(shí)時(shí)性高、內(nèi)核體積小及可伸縮性、強(qiáng)大的通信能力等特點(diǎn)，所以被廣泛用于各種嵌入式智能設(shè)備的開(kāi)發(fā)，是當(dāng)今應(yīng)用最多、增長(zhǎng)最快的嵌入式操作系統(tǒng)。

以串V1通訊為例來(lái)說(shuō)明在此系統(tǒng)下對(duì)外設(shè)操作的流程。每次打開(kāi)或關(guān)閉串口都要調(diào)用文件API對(duì)；串口設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)，文件API被操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)到FileSys．exe進(jìn)程中，當(dāng)FileSys．exe識(shí)別是對(duì)設(shè)備操作的信息，便會(huì)把執(zhí)行交給設(shè)備管理器處理；設(shè)備管葷理器將根據(jù)具體的請(qǐng)求，調(diào)用串口驅(qū)動(dòng)程序中的接口；最終，驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與硬件的交互。

此處的USB接口既可以用來(lái)連接標(biāo)準(zhǔn)的鼠標(biāo)，又可以接u盤(pán)。竹節(jié)紗生產(chǎn)的工藝參數(shù)可以通過(guò)此接口存儲(chǔ)在u盤(pán)中，也可以選擇存儲(chǔ)在ARM核外擴(kuò)的EEPROM當(dāng)中。系統(tǒng)的輸入信號(hào)如高速運(yùn)行信號(hào)、低速運(yùn)行信號(hào)和緊急停車(chē)信號(hào)通過(guò)I／O口輸入給控制器，此外伺服指示信號(hào)、故障信號(hào)等輸出信號(hào)也是通過(guò)I／0口輸出。

2．2基于DSP的驅(qū)動(dòng)器

永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。本方案永磁同步電動(dòng)機(jī)的額定功率為2 kW，額定轉(zhuǎn)速為2 000 r／min，額定電壓200V。編碼器兩路正交信號(hào)的分辨率為每轉(zhuǎn)2500個(gè)脈沖，另外還三路對(duì)稱的U、V、W信號(hào)，用于點(diǎn)擊起動(dòng)和決定磁極的初始位置。三相變頻器中整流和逆變部分采用功率模塊，電流采樣采用變比為1：1 000的霍爾元件實(shí)現(xiàn)對(duì)主回路的電流信號(hào)的采樣，DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812。

TMS320F2812的事件管理器模塊中，利用3個(gè)比較單元的任何一個(gè)與通用定時(shí)器1(事件管理器A)或通用定時(shí)器3(事件管理器B)、比較單元、死區(qū)單元和輸出邏輯結(jié)合使用就能產(chǎn)生一對(duì)死區(qū)和極性可編程的PWM信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)的六路輸出引腳輸出。圖5為DSP伺服軟件框圖，軟件主要包括三部分，第一部分DSP根據(jù)外部輸入的運(yùn)行信號(hào)和觸摸屏上輸入的速度位置命令，與電機(jī)反饋的位置和速度信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，給出轉(zhuǎn)矩命令，勵(lì)磁分量一般給定為零。第二部分根據(jù)采樣得到的相電流i 、i 和位置信號(hào)0 進(jìn)行坐標(biāo)變換。軟件的第三部分是利用空間矢量PWM(SVPWM)算法，求得三相逆變器開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比即導(dǎo)通時(shí)間，送入DSP

的比較寄存器，輸出6路開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1～PWM6。

3 實(shí)驗(yàn)

將該裝置安裝在改造后的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上，現(xiàn)場(chǎng)使用表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。圖6是紡制不同紗型時(shí)前羅拉編碼器和伺服電動(dòng)機(jī)速度反饋波形，圖6a是紡正常紗的波形，前羅拉編碼器每圈1024線，測(cè)得的脈沖周期為360μs，因此其轉(zhuǎn)速為163r／min，驅(qū)動(dòng)中、后羅拉的伺服電動(dòng)機(jī)編碼器反饋的脈沖數(shù)經(jīng)分頻后為每圈400個(gè)，測(cè)得的脈沖周期為1 ms，其轉(zhuǎn)速為150 r／min，兩者保持恒定的速比。圖6b是紡竹節(jié)紗的波形，基紗對(duì)應(yīng)的伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為150r／min，速度反饋的波形周期應(yīng)為1 ms，竹節(jié)紗對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為375 r／rain，速度反饋的波形周期應(yīng)為400μs。為清晰起見(jiàn)，圖6b只捕獲了伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由375 r／min向150r／min降速的一個(gè)片段，640μs對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為234r／min，840s對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為179r／min。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文利用ARM和DSP雙處理器的配合，完成了竹節(jié)紗生產(chǎn)控制系統(tǒng)中伺服控制器的設(shè)計(jì)。ARM作為主處理器，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程的工藝控制，以及系統(tǒng)輸入、輸出信號(hào)的處理；DSP作為從處理器，主要完成電機(jī)的控制功能?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，此系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求，具有很高的性價(jià)比。