DSP56F807在交流隨動系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 隨動系統(tǒng)的組成及功能簡介

交流隨動系統(tǒng)由交流電機(jī)、交流伺服驅(qū)動器、隨動控制器、編碼器(旋轉(zhuǎn)變壓器)、減速器等部分組成。如圖1所示。

隨動控制器是由DSP芯片為核心擴(kuò)展而成的。它可以接收上位機(jī)傳送的給定位置信息與編碼器采集的實(shí)際位置信息，通過前饋PID控制算法，輸出模擬電壓量送入驅(qū)動器中，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載運(yùn)動狀態(tài)的控制?？刂破骺梢圆杉S動轉(zhuǎn)塔的鎖定信號和限位信號，并控制隨動系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

驅(qū)動器是專為交流電機(jī)設(shè)計(jì)的，內(nèi)部嵌有交流電機(jī)控制算法、與交流電機(jī)編碼器構(gòu)成速度環(huán)和電流環(huán)，可以利用其RS-232串口對其內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，比如最大加速度的設(shè)置以保證系統(tǒng)的響應(yīng)特性;還可以接收驅(qū)動器使能信號，當(dāng)使能信號為高時(shí)，控制電機(jī)鎖緊，當(dāng)使能信號為低時(shí)，控制電機(jī)與減速器解脫鎖緊。

交流電機(jī)是隨動系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動器輸出三相交流電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過減速器，最終實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的位置控制。

制動器是用于在某些工作狀態(tài)或故障狀態(tài)時(shí)，為保護(hù)系統(tǒng)的安全性而設(shè)置的電機(jī)抱閘裝置。當(dāng)控制電壓為零時(shí)，電機(jī)處于抱閘狀態(tài)，當(dāng)控制電壓為+24 V時(shí)，電機(jī)處于解脫狀態(tài)。

電源為隨動系統(tǒng)中的各部件提供相應(yīng)的電源，同時(shí)在隨動控制器的控制下，控制電機(jī)制動器的工作狀態(tài)。

本文主要介紹隨動控制器中串行接口的設(shè)計(jì)、電氣限位和制動的實(shí)現(xiàn)。

2 DSP56F807處理器的特點(diǎn)

●計(jì)算機(jī)具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)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(dá)到40 MIPS的指令執(zhí)行速度;單指令周期可以完成16位×16位的并行乘-加運(yùn)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(jī)控制DSP集成了許多相關(guān)的外設(shè)模塊。增加了電機(jī)控制系統(tǒng)的集成度，并有效地降低了系統(tǒng)的成本，同時(shí)還使系統(tǒng)的可靠性大大提高。

●支持C語言編程，C語言與匯編語言的混合編程更加靈活、方便。JTAG/OnCE程序調(diào)試接口，允許在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)進(jìn)行調(diào)試，并可對軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)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 隨動控制器

該部分的設(shè)計(jì)采用子母板架構(gòu)，子板具有獨(dú)立的復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，以及JTAG接口。母板只需要設(shè)計(jì)串口電路，鎖定、限位控制電路等。

3.1 串口電路的設(shè)計(jì)

串口電路如圖2所示。

隨動控制器需要與高低、方位伺服驅(qū)動器，高低、方位旋轉(zhuǎn)變壓器以及上位機(jī)等進(jìn)行通訊，而DSP56F807只有兩路串口0、串口1，遠(yuǎn)不能滿足要求，因此需要將兩路串口擴(kuò)展成為5路。

串口0的GPIO RXD0、GPIO TXD0直接通過MAX1482ESD轉(zhuǎn)換成RS-422接口，與上位機(jī)進(jìn)行通信。串口1的GPIO RXD1、GPIO TXD1通過MAX3232轉(zhuǎn)換成兩路RS-232接口分別與高低、方位驅(qū)動器進(jìn)行通信，通過兩片MAX1482ESD轉(zhuǎn)換成兩路RS-422分別與高低、方位旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行通信。

接收選用8選一數(shù)據(jù)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)過譯碼成8路接收或發(fā)送來自不同通道的信號。

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無效，輸出端Y、Z為高阻狀態(tài)。

3.2 電氣限位和制動

3.2.1 限位的種類及原理