一种交流伺服位置控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种交流伺服位置控制系统，其特征在于：所述的控制系统为DSP控制器依次通过光耦单元和伺服驱动器对电动机进行驱动，电动机将数字信号通过正交编码脉冲电路反馈给DSP控制器进行检测；DSP控制器通过USB总线与上位机进行通讯。由于采用上述的结构，本发明能够更好地满足了伺服系统定位精度、跟踪精度和跟踪速度的要求，避免了因为模拟回路而产生的漂移等不稳定因素的干扰。
【专利说明】一种交流伺服位置控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及机电一体化领域，特别涉及一种交流伺服位置控制系统。
【背景技术】
[0002]机电一体化系统中的位置伺服控制系统是以足够的位置控制精度、位置跟踪精度和足够快的跟踪速度作为其主要控制目标的。位置伺服控制系统由于其高速度、高精度的特性，对控制系统的软件、硬件都提出了更高的要求，但现有的单片机处理器所构成的控制系统已经远远不能满足控制要求，给交流伺服位置的控制带来不便。
[0003]针对上述问题，提供一种新型的控制系统，能够更好地满足了伺服系统定位精度、跟踪精度和跟踪速度的要求，是现有技术需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，提供一种交流伺服位置控制系统，使其能够更好地满足了伺服系统定位精度、跟踪精度和跟踪速度的要求。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种交流伺服位置控制系统，其特征在于:所述的控制系统为DSP控制器依次通过光耦单元和伺服驱动器对电动机进行驱动，电动机将数字信号通过正交编码脉冲电路反馈给DSP控制器进行检测；DSP控制器通过USB总线与上位机进行通讯。
[0006]所述的DSP控制器包括电源转换电路及复位电路、存储器扩展电路及译码电路、模拟量输出电路、数字量输入/输出电路、USB通讯接口电路。
[0007]所述的DSP控制器采用TMS320F2812作为控制芯片。
[0008]所述的DSP控制器分别连接ROM扩展单元和RAM扩展单元。
[0009]所述的伺服驱动器与D/A转换器连接。
[0010]所述的D/A转换器的型号为PCM56U。
[0011]一种交流伺服位置控制系统，由于采用上述的结构，本发明能够更好地满足了伺服系统定位精度、跟踪精度和跟踪速度的要求，避免了因为模拟回路而产生的漂移等不稳定因素的干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明；
[0013]图1为本发明一种交流伺服位置控制系统的结构示意图；
[0014]图2为本发明一种交流伺服位置控制系统控制软件的流程图；
[0015]在图1中，1、DSP控制器；2、光耦单元；3、伺服驱动器；4、电动机；5、正交编码脉冲电路；6、D/A转换器；7、USB总线；8、上位机；9、ROM扩展单元；10、RAM扩展单元。
【具体实施方式】[0016]本专利提出了一种应用嵌入式数字信号处理器(Embedded DSP)的交流伺服位置控制系统。Embedded DSP具有极强的数字计算能力，通过DSP可以运用很多新型的控制算法进行伺服控制。实现“软件化”的全数字伺服驱动器，有效地提高了伺服系统的动态和静态品质，如频率特性、移动速度、跟随精度和定位精度等，同时使得用户根据负载状况(如惯性、间隙、摩擦力等)调整参数更为方便，从而避免了一些模拟回路所产生的漂移等不稳定因素。
[0017]如图1所示，本发明为DSP控制器I依次通过光耦单元2和伺服驱动器3对电动机4进行驱动，电动机4将数字信号通过正交编码脉冲电路5反馈给DSP控制器I进行检测；DSP控制器I通过USB总线7与上位机8进行通讯。
[0018]DSP控制器I包括电源转换电路及复位电路、存储器扩展电路及译码电路、模拟量输出电路、数字量输入/输出电路、USB通讯接口电路。DSP控制器I采用TMS320F2812作为控制芯片。DSP控制器I分别连接ROM扩展单元9和RAM扩展单元10。伺服驱动器3与D/A转换器连接。D/A转换器的型号为PCM56U。
[0019]本发明中DSP控制器I采用了 TMS320F2812作为控制芯片设计了位置伺服控制器。TMS320F2812DSP处理器具有强大的高速运算能力，片内集成了丰富的电动机控制外围部件和电路，简化了控制电路的硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了伺服系统的体积，降低了成本。TMS320F2812先进的内部总线结构及指令执行的高速性，极大地提高了系统的实时性和控制精度，使得位置伺服的复杂算法得以实现。整个控制系统主要分为5个部分:
I)电源转换电路及复位电路；2)存储器扩展电路及译码电路；3)模拟量输出电路；4)数字量输入/输出电路；5)USB通讯接口电路。
[0020]由于采用的被控对象是交流伺服电动机4，所以位置伺服系统必须通过伺服驱动器3对交流伺服电动机4进行驱动。伺服驱动器3的位置反馈检测元件直接将电动机角度和位移的模拟信号转换为三路脉冲数字信号，利用DSP中EV模块的的正交编码脉冲电路5对其反馈的数字信号进行检测，每个EV模块中的正交编码电路5的方向检测逻辑决定了两个序列中哪一个是先导序列，接着以它产生的方向信号作为通用定时器的计数方向输入，然后通过定时器进行增计数或减计数来进行速度方向的确定。
[0021]对于高性能的运动控制器应该采用高分辨率的D/A转换器6，为保证模拟量控制信号的精度，并考虑模拟量信号线上传输所引起的漂移和电压压降，运动控制器和伺服驱动器3之间的模拟控制接口信号至少应该在12位以上的精度，因此采用了 PCM56U D/A转换器6。它是一个串行输入的16位单片集成电路，采用双电源供电，供电范围从±5V到±12V。PCM56U的数据输入来自于DSP，利用DSP的串行外设接口模块(SPl)发送波特率为2M的串行数据至PCM56U D/A转换器6，从而实现对伺服驱动器的控制。
[0022]在传统的控制系统中，大部分采用RS232、RS485实现上位机与控制器的通讯，但这种通讯方式速度慢、误码率高，因此在位置伺服控制系统中采用USB总线7实现上位机8通讯，用USB2.0芯片ISP1581进行USB通讯。ISP1581内部含有两种总线结构配置，即通用处理器工作模式和断开总线工作模式，由上电时BUS_C0NF输入管脚的电平进行确定，高电平时为通用处理器工作模式，低电平时为断开总线工作模式。由于断开总线工作模式采用的是8位本地微处理器总线(多路复用地址/数据)，而DSP的地址线和数据线是分开的，因此采用通用处理器工作模式，DSP采用16位地址总线的第8位，将ISP1581的数据总线和DSP的16位数据总线直接相连。
[0023]DSP中的伺服控制可以在TI公司提供的CCS (Code Composer Studio)编译环境下采用C语言编写和调试，这样可极大地提高嵌入式系统的开发速度。位置伺服控制软件的结构如图2所示。
[0024]控制软件总体上由一个初始化程序和一个运行程序两部分组成。主程序主要完成DSP硬件及软件变量的初始化和中断使能等功能。运行程序包括一个无限循环的主程序和一个中断服务程序，中断采用EV A模块中的GPTimerl下溢中断来启动中断程序，在中断服务程序中处理与上位机的通讯，读取QEP的计数和执行控制算法程序，从而实现对交流伺服电动机的位置伺服控制。
[0025]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种交流伺服位置控制系统，其特征在于:所述的控制系统为DSP控制器(I)依次通过光耦单元(2)和伺服驱动器(3)对电动机(4)进行驱动，电动机(4)将数字信号通过正交编码脉冲电路(5)反馈给DSP控制器(I)进行检测；DSP控制器(I)通过USB总线(7)与上位机(8)进行通讯。
2.根据权利要求1所述的一种交流伺服位置控制系统，其特征在于:所述的DSP控制器(I)包括电源转换电路及复位电路、存储器扩展电路及译码电路、模拟量输出电路、数字量输入/输出电路、USB通讯接口电路。
3.根据权利要求1所述的一种交流伺服位置控制系统，其特征在于:所述的DSP控制器(I)采用TMS320F2812作为控制芯片。
4.根据权利要求1所述的一种交流伺服位置控制系统，其特征在于:所述的DSP控制器⑴分别连接ROM扩展单元(9)和RAM扩展单元(10)。
5.根据权利要求1所述的一种交流伺服位置控制系统，其特征在于:所述的伺服驱动器⑶与D/A转换器(6)连接。
6.根据权利要求1所述的一种交流伺服位置控制系统，其特征在于:所述的D/A转换器(6)的型号为PCM56U。
【文档编号】H02P23/00GK103997275SQ201410245501
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】江涛, 邓裕文 申请人:奇瑞汽车股份有限公司