基于TMS320F2812的雙通道高精度伺服系統(tǒng)

2. 2 RDC電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測元件。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正/余弦信號經(jīng)過RDC電路后變成數(shù)字信號,通過數(shù)據(jù)總線送入TMS320F2812,構(gòu)成轉(zhuǎn)子位置檢測反饋通道。位置反饋、轉(zhuǎn)子位置確定、速度測量都取決于該通道,其精度是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定及位置精度的關(guān)鍵因素之一,所以該反饋電路是系統(tǒng)的關(guān)鍵通道。為了保證該通道的精度,系統(tǒng)采用了AD2S83集成電路實(shí)現(xiàn)RDC變換功能,具有抗干擾能力強(qiáng),線性度好,精度高等優(yōu)點(diǎn),電路如圖3所示。

圖3 RDC角度轉(zhuǎn)換電路
圖3中,旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號送入AD2S83,DATA [ 0～16 ]為AD2S83 的數(shù)字輸出; SC1 和SC2選擇AD2S83輸出精度,根據(jù)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行選擇。在設(shè)計(jì)過程中,充分利用了TMS320F2812資源豐富、引腳多的特點(diǎn),由其對精度選擇位進(jìn)行控制,擴(kuò)展了使用對象; 本系統(tǒng)伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為1 500 r/min,AD2S83最終選擇14 位精度。參考信號的頻率為18 kHz,圖中各個元件取值的詳細(xì)計(jì)算過程見文獻(xiàn)[ 6 ]。

3 控制策略及實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)為實(shí)時性強(qiáng)的數(shù)字化高精度伺服系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,充分利用了數(shù)字控制技術(shù),簡化硬件電路設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)可靠性,充分發(fā)揮軟件強(qiáng)大功能,用軟件產(chǎn)生部分傳統(tǒng)上由硬件電路實(shí)現(xiàn)的功能?？刂破鬈浖饕蓛蓚€部分構(gòu)成,一是主循環(huán)程序,二是PWM定時器下溢中斷服務(wù)子程序。主程序和中斷服務(wù)子程序相互配合,完成伺服電機(jī)的實(shí)時控制。主循環(huán)程序負(fù)責(zé)硬件外設(shè)的初始化、數(shù)據(jù)初始化和電機(jī)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換,并在發(fā)生故障時產(chǎn)生報警信息。由于采用的是單芯片控制兩臺伺服電機(jī)的方法,因此實(shí)現(xiàn)兩臺伺服電機(jī)的協(xié)同控制,完成狀態(tài)機(jī)的切換是主程序最重要的任務(wù)。按照設(shè)備的工作要求,兩臺伺服電機(jī)分為左右電機(jī),其工作狀態(tài)有5個:左電機(jī)單獨(dú)工作、右電機(jī)單獨(dú)工作、左右電機(jī)同步工作、左右電機(jī)差動工作和左右電機(jī)鎖定保持,其中左/右電機(jī)單獨(dú)工作時,另外一臺電機(jī)處于鎖定狀態(tài),防止誤動作。根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的控制指令,主程序確定工作狀態(tài),為中斷服務(wù)子程序的控制實(shí)現(xiàn)做準(zhǔn)備。PWM定時器下溢中斷服務(wù)子程序是核心部分,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器信號讀取、電流檢測、電壓檢測、轉(zhuǎn)速計(jì)算和系統(tǒng)閉環(huán)控制等功能。TMS320F2812 集成有兩個事件管理器,每個事件管理器可以單獨(dú)控制一臺伺服電機(jī)。由于硬件電路采用了相同的設(shè)計(jì),伺服電機(jī)完全相同,最后的技術(shù)指標(biāo)也一致,因此對兩臺伺服電機(jī)的控制采取相同的控制算法,分別由各個事件管理器的中斷服務(wù)子程序調(diào)用執(zhí)行。根據(jù)SVPWM算法原理,在TMS320F2812中存儲了一個正弦表格,表格的長度依據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器的分辨率和系統(tǒng)要求的控制精度進(jìn)行設(shè)置。由于采用了高精度的旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)位置檢測,根據(jù)測得的無刷直流電動機(jī)反電勢信號將一個電周期劃分為六個扇區(qū),由讀取的旋轉(zhuǎn)變壓器信號確定相應(yīng)的扇區(qū)號。圖4是PWM定時器中斷服務(wù)子程序的流程圖。