基于DSP高精度伺服位置環(huán)設計

　　圖1中TMS320F2812 DSP為控制核心，接收來自CNC、編碼器接口、電流檢測模塊和故障信號處理模塊的信息，完成對永磁同步電機控制和故障處理。光電隔離模塊作為電子電路與功率主電路的接口，將DSP發(fā)出的SVPWM信號送入IPM模塊，完成DC/AC逆變，驅動電動機旋轉。編碼器接口將絕對式編碼器所記錄的永磁同步電動機的磁極位置、電動機轉向和編碼器報警等信息送往DSP，同時將永磁同步電動機的位置信息送往CNC。電機相電流經電流檢測模塊量測、濾波、幅度變換、零位偏移、限幅，轉化為0~3V的電壓信號送入DSP的A/D引腳。功率主電路的過壓、欠壓、短路、電源掉電和IPM故障等信號經故障檢測模塊檢測與處理后，送入DSP的I/O端口。鍵盤與顯示模塊是控制器的人機接口，用以完成控制參數的輸入，運行狀態(tài)與運行參數顯示。存儲器模塊用以存儲控制參數與系統(tǒng)故障信息。

　　系統(tǒng)軟件設計

　　按任務劃分，系統(tǒng)軟件由任務與任務管理模塊構成，任務管理模塊對人機接口、控制算法、加減速控制、故障處理等四個任務進行調度管理?？刂扑惴ㄖ饕ǎ赫{節(jié)器控制算法、矢量控制算法和數字濾波器算法等。

　　按照結構化程序設計方法，遵循“功能獨立”的原則，將系統(tǒng)軟件劃分為主程序模塊和矢量控制程序模塊兩大部分，各部分又劃分為若干子模塊，以利于軟件設計、調試、修改和維護。矢量控制軟件設計采用典型的前后臺模式，以主程序作為后臺任務，中斷服務程序作為前臺任務。根據矢量控制算法的特點，中斷服務程序只處理實時性高的PWM控制子程序，把系統(tǒng)的一些測量、鍵盤處理和顯示等一系列實時性不高的任務放到后臺任務。

　　主程序是軟件的主體框架，其工作過程是：系統(tǒng)上電復位后，依次對片內外設進行初始化、從E2PROM中讀出控制參數、LED顯示初始信息。初始化完成后，主程序循環(huán)執(zhí)行LED顯示、鍵盤處理和參數計算與保存。

　　PWM中斷服務。在PWM中斷到來時，首先讀取編碼信號，進行角度和速度計算，接著進行A/D采樣并執(zhí)行clark和park變換，然后進行PI調節(jié)、反park變換，最后進入空間矢量模塊，產生PWM信號。

　　控制器算法

　　系統(tǒng)采用三環(huán)控制結構，電流環(huán)、速度環(huán)采用PI控制，位置環(huán)采用比例加前饋補償控制。

　　PID控制算法

　　PID控制算法是控制中最常用的算法，對于大多數的控制對象采用PID控制均能達到滿意的效果。為防止PID調節(jié)器出現過飽和，系統(tǒng)采用帶退飽和的PID控制器，如圖2所示。