基于DSP的数控机床伺服驱动系统的设计与实现
基于DSP的交流伺服驱动系统的研究与设计的开题报告
基于DSP的交流伺服驱动系统的研究与设计的开题报告这是一份基于DSP的交流伺服驱动系统研究与设计的开题报告范例，供您参考：一、选题背景随着工业自动化的发展，交流伺服电机在各种机电设备中得到了广泛的应用，从而促使了交流伺服驱动系统技术的不断发展。
由于交流伺服电机具有高精度、高可靠性、快速响应的特点，越来越多的机电制造企业开始使用交流伺服驱动系统来替代传统的步进电机驱动系统。
目前，交流伺服驱动系统的核心控制器采用数字信号处理器（DSP）进行控制，因此 DSP 技术在交流伺服驱动系统中的应用值得研究。
二、研究目的本文旨在通过对基于 DSP 的交流伺服驱动系统的研究和设计，探索利用 DSP 技术控制交流伺服电机的可行性，提高系统的运行效率和控制精度。
三、研究内容1. 交流伺服驱动系统的原理和控制方法2. DSP 技术在交流伺服驱动系统中的应用3. 基于 DSP 的交流伺服驱动系统的设计和实现4. 系统的调试和测试四、研究方法本研究计划采用文献分析和实验研究相结合的方法进行，具体如下：1. 文献分析：通过查阅相关文献，了解交流伺服驱动系统的原理、DSP 技术的应用和相关设计方法，梳理出系统设计的关键技术和问题。
2. 实验研究：根据文献分析结果，设计基于 DSP 的交流伺服驱动系统，并进行调试和测试。
主要包括硬件电路搭建、DSP 程序编写和控制算法实现等步骤。
五、预期成果1. 提出了基于 DSP 的交流伺服驱动系统设计方法2. 实现了交流伺服电机的控制及其控制算法3. 验证了系统的控制精度和运行效率，得出相关数据和结论以上是一份基于DSP的交流伺服驱动系统的研究与设计的开题报告范例，希望能够给您带来帮助。
基于DSP的全数字交流伺服驱动器设计与实现
收稿日期:2008-07-20作者简介:彭 辉(1982-),男,硕士生,助理工程师.文章编号:1674-0076(2008)04-0036-05基于DSP 的全数字交流伺服驱动器设计与实现彭 辉(东莞华中科技大学制造工程研究院,广东东莞523808)摘 要:伺服驱动技术是自动化控制领域的关键技术之一,制造装备业对伺服驱动器提出了高集成度、快响应速度、宽调速范围、高稳定性、强抗干扰能力的要求.简要阐述了交流永磁式同步电机的磁场定向控制原理,设计了一款采用高性能基于DSP T MS320F2812为核心运动控制芯片,以智能功率模块F M 100C VA 120的IP M 为逆变器开关元件,辅以AT 89S52的单片机进行控制参数设定、键盘处理、状态显示、串行通讯的全数字交流伺服驱动器.该驱动器具有控制接口丰富、结构紧凑、宽调幅比等特点.关键词:交流伺服驱动器;矢量控制;数字信号处理中图分类号:TH137.3 文献标识码:ADesign and implementation of digital AC servo drives based on DSPPE NG Hui(DG 2H UST Manu facturing Engineering Research Institute ,Dongguan 523808,China )Abstract :In the automation and control field ,serv o 2driven technology is one of the key technologies.Manu fac 2turing equipment industry demand high level of integration ,faster response speed ,wide speed range ,high stabil 2ity ,strong anti 2interference capability of the serv o drives.In this paper ,we analyzed the vector control theory of AC PMS M principle and designed a high 2performance digital AC serv o drives ,which used DSP T MS320F2812as the core m otion control chips ,and IPM is FM 100C VA 120as the inverter switching com ponents ,supple 2mented by AT89S52MC U control parameters set ,keyboard handling and the all 2digital serial communication exchange serv o drives.The serv o driver is characteristic of rich control interface ,com pact construction and wide AM ratio.K ey w ords :AC spindle serv o drive ;vector control ;digital signal treatment0 引 言微电子、计算机、电力电子技术和电机制造技术取得的巨大技术进步,使得伺服驱动器作为一种传动装置在现代工业的各个领域得到了广泛的运用.随着微电子技术和功率电子技术的迅猛发展,伺服驱动器在经历了模拟式、模数混合式的发展后,进入了全数字式的时代.全数字交流伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等缺点,还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活性.为此结合笔者的工作经验,介绍了交流伺服驱动器的硬件和软件的设计与实现方案,采用高性能的DSP T MS320F2812为核心运动控制芯片,以智能功率模块FM 100C VA 120的IPM 为逆变器开关元件,配合AT89S52的单片机,应用转子磁场定向矢量控制技术,设计了一款高性能全数字交流伺服驱动器.实现了伺服驱动器的位置控制、速度控制、转矩控制、JOG 控制和内部速度控制方式.同时它具有控制简单灵活、状态显示齐全、接口丰富、结构紧凑、宽调幅比等优点,越来越受到自动化行业的青睐.1 交流永磁式同步电机的磁场定向控制原理矢量控制(vector control ),又称磁场定向控制(field 2oriented control )是在20世纪70年代初由美国学者和第27卷第4期2008年8月南昌工程学院学报Journal of Nanchang Institute of T echnology V ol.27N o.4Aug.2008德国学者各自提出的.联邦德国西门子公司的F.Blaschke 等提出“感应电机磁场定向的控制原理”.美国P 1C 1Custman 和A.A.Clark 申请的专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”,它们的诞生使交流伺服驱动技术在精细化方面上大大迈进了一步,以后在实践中许多学者进行了大量的工作,经过不断的改进,历经近30年的时间,达到了可与直流调速系统的性能相媲美的程度.永磁同步伺服电动机的模型是一个多变量、非线性、强耦合系统.为了实现动态过程的矢量控制,首先要实现解耦.转子磁场定向控制是一种常用的解耦控制方法.转子磁场定向控制实际上是将Odq 同步旋转坐标系统放在转子上随转子同步旋转.其d 轴(直轴)与转子的磁场方向重合(定向),q 轴(交轴)逆时针超前d轴90°(电角度).假设电动机是线性的,参数不随温度等变化,磁滞、涡流等损耗忽略不计.关于永磁同步伺服机的矢量关系如图1所示.图1 永磁同步伺服电机的矢量图基于电机统一理论的结论可以得到转子坐标系(d 2q 轴系)中的永磁同步电机定子磁链方程为Ψs d =L d i s d +Ψr , Ψs q =L q i s q ,式中Ψr 为转子磁钢在定子上的耦合磁链;L d ,L q 为永磁同步电动机的直、交轴主电感;i s d ,i s q 为定子电流矢量的直、交轴分量.定子电压方程为u s d =r s i s d +p Ψs d -ωΨs q , u s q =r s i s q +p Ψs q -ωΨs q ,式中u s d ,u s q 为定子电压矢量u s 的d ,q 轴分量;ω为转子角频率.转矩方程为T d =p m (Ψs d i s q -Ψs q i s d )=p m [Ψr i s q +(L d -L q )i s d i s q ].从上式可以看出,永磁同步电动机的电磁转矩基本上取决于定子交轴电流分量和直轴电流分量.在永磁同步电动机中,由于转子磁链恒定不变,故可采用转子磁链定向方式来控制永磁式同步电机.为了简化控制系统常取i s d =0,i s q =i s .这时,电磁转矩只与定子电流的幅值成正比即:T d =p m Ψr i s .这与直流电机原理类似,通过调整直流量i s q 来控制转矩,从而实现三相永磁式同步交流伺服电机力矩的控制参数解耦,达到了矢量控制的目的.2 伺服驱动器的硬件设计全数字交流伺服驱动器的硬件部分采用TI 公司的高性能DSP T MS320F2812为核心运动控制芯片,以三菱公司智能功率模块FM 100C VA 120的IPM 为逆变器开关元件,配合Atmel 公司AT89S52的单片机来组成主回路、控制电路、数据采集电路,完成交流伺服驱动器的位置控制、速度控制、转矩控制、JOG 控制和内部速度控制、状态显示、数据交换等相关功能.其硬件结构图如图2所示.2.1 TMS320F2812的基本结构T MS320F2812的CPU 是基于C28xT M 的32位定点内核,主频达150MH z.T MS320F2812芯片具有高度集成的结构,在片内集成大量的外设,这些外设包括:事件管理器E VA/E VB 、16通道12位模数转换器ADC 、看门狗定时器Watchdog 、通用输入输出引脚G PI O 、多通道缓冲串行外设McBSP 、改进C AN 总线接口、双通道串行通信接口SCI A/SCI B 、串行外设接口SPI 等.与C28xT M DSP 以前的芯片相比,T MS320F2812是C2000系列性能最高的芯片,实时处理能力强,能应用于很多复杂的控制算法如无速度传感器的定向控制、运动轮廓的识别和功率因数的校正等,并且其代码与以前各个型号的DSP 兼容,它也是目前处理C/C ++代码效率最高的DSP 芯片(就C2000系列而言).由于诸多优点,T MS320F2812DSP 有着广泛的应用空间.73第4期彭 辉:基于DSP 的全数字交流伺服驱动器设计与实现图2 全数字交流伺服驱动器的硬件结构图2.2 主回路交流伺服驱动器的主回路采用模块式设计,外接电源为三相AC380V ,经过整流、逆变处理后对交流伺服电机供电,其中整流电源部分和交—直—交电压源型逆变器通过公共直流母线(DC 660V )进行连接,整流电源部分采用二级管整流模块,同时驱动器设计了软启动电路,可以减少强电对主回路直流平波电容的冲击.逆变器采用三菱智能功率模块FM 100C VA 120.为了有效保护伺服驱动,在主回路中设置了过压、欠压、电机过热、制动异常、编码器反馈异常、电机超速和通讯故障保护功能.在驱动器的工作过程中,通过软、硬件配合检测,一旦出现故障,就会将故障信号经逻辑电路后可直接封锁开关脉冲,来保护伺服驱动器不受损坏.2.3 控制电路交流伺服驱动以TI 公司的T MS320F2812的DSP 为芯片核心,凭借T MS320F2812强大的功能来实现矢量变换、电流环、速度环、位置环控制、产生伺服脉宽调制信号以及各种故障保护处理等.为了实现系统的快速实时控制,系统在设计上采用了MC U AT89S52+DSP 结构,其中DSP 完成高速的矢量控制和闭环控制,MC U 完成控制参数设定、键盘处理、状态显示、串行通讯等,并且与DSP 之间的并行数据交换、外部I/O 信号管理、位置脉冲指令处理及计数、故障信号处理、编码器计数等功能,系统可以支持模拟速度输入、数字速度输入、脉冲输入以及通过上位机对系统进行控制等多种方式.驱动器的控制电源采用开关电源供电,外接电源为单相AC220V.开关电源功率开关器件选用T OP227Y,该电源属于T OP 系列的第二代产品,其功率开关管耐压值高达700V ,具有以下显著特点.(1)将脉宽调制控制系统的全部功能集成到三端芯片中,内含脉宽调制器、功率开关场效应管、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路,通过高频变压器使输出端与电网完全隔离,真正实现了无工频变压器、隔离、反激式开关电源的单片集成化.(2)属于漏极开路输出并利用电源来线性调节占空比实现AC/DC 变换,电流控制型开关电源.(3)输入交流电压和频率的范围很宽.(4)只有3个引出端.能以最简单方式构成无工频变压器的反激式开关电源,其控制端属于多功能引出端,可完成多种控制、偏置及保护功能,具有连续和不连续两种工作模式,反馈电路有4种基本类型,能构成各种普通型和精密型开关电源.(5)开关频率的典型值为100kH z ,允许范围是90～110kH z ,占空比调节范围是1.7%～67%.(6)外围电路简单,仅须接整流滤波器、高频变压器、漏极嵌位保护电路、反馈电路和输出电路.(7)芯片本身功耗很低,电源效率高,可达80%左右,最高可达90%.(8)体积小、效率高,又具有线性稳压电源稳定性好、纹波电压低等优良特性.(9)采用这种芯片能降低开关电源所产生的电磁干扰.(10)其工作温度范围是0～70℃,芯片最高结温T o m =135℃.83南昌工程学院学报2008年对于电机光电编码器的供电电源,考虑其反馈信号线上的电压降落可能比较大,会影响到反馈信号的可靠性,因此采用带反馈调节的AC -DC 变换器单独供电.2.4 数据采集电路为了捕捉电机的转子位置和转速,进行实时检测,采用光电编码器.该编码器分辨率为1024脉冲/r ,输出信号包括A 、B 、Z 脉冲信号,其中A 、B 信号互差90°(电角度),DSP 通过判断A 、B 的相位和个数可以得到电机的转向和速度.Z 信号每转一圈出现一次,用于位置信号的复位.光电编码盘脉冲信号送入DSP 后,经内部QEP 电路实现四倍频,因此电机每圈的脉冲数是4096个.其输出信号送入DSP T MS320F2812的I/O 和QEP 单元后,即可通过位置的微分运算得到转速信号.采用磁平衡式霍尔电流传感器采样A 、B 两相电流反馈i a ,i b ,获得实时的电流信息.3 伺服驱动器的软件设计在伺服系统的设计中,在实时性允许的前提下,一般来说,总是尽可能的用软件资源代替硬件资源,以降低成本,简化硬件系统结构,提高系统的性价比.本驱动器采用的DSP T MS320F2812运动控制芯片就具备上述要求.它通过软件变成可以灵活的实现矢量PW M 输出、速度检测、电流检测等功能.为了配合硬件的设计,达到预期效果,其软件程序部分的设计主要包括主程序、中断服务程序、数据交换程序.3.1 主程序主程序用来完成系统的初始化,I/O 接口控制信号,DSP 内各个控制模块寄存器的设置等,然后进入循环程序.初始化工作主要包括:DSP 内核的初始化;电流环、速度环的周期设定;PW M 初始化,包括PW M 的周期设定,死区设定,以及PW M 的启动;ADC 初始化及启动;QEP 初始化;矢量和永磁同步电机转子的初始位置初始化;进行多次伺服电机相电流采样,求出相电流的零偏移量;电流和速度PI 调节初始化等.所有的初始化工作完成后,主程序进入等待状态,以等待中断的发生,进行电流环和速度环的调节.其流程图如图3所示.3.2 中断服务程序 图3 主程序流程图 图4 PW M 定时中断程序流程图中断服务程序包括:PW M 定时中断程序、光电编码器零脉冲捕获中断程序、功率驱动保护中断程序和通讯中断程序.其中PW M 定时中断程序是用来对霍尔电流传感器采样A 、B 两相电流i a 和i b ,进行采样,并定标.根据磁场定向控制原理,计算转子磁场定向角,然后来生成PW M 信号,对位置环和速度环进行控制.其流程图如图4所示.光电编码器零脉冲捕获中断程序可实现对编码器反馈零脉冲精确地捕获,从而得到交流永磁同步电机矢量变换定向角度的修正值;功率驱动保护中断程序则用于检测智能功率模块的故障输出,当出现故障时,DSP 的PW M 通道将被封锁,从而使输出变成高阻态;通讯中断程序主要用来接收并刷新控制参数,同时设置运行模式.3.3 数据交换程序数据交换程序主要包括与上位机的通讯程序、EEPROM 参数的存储、控制器键盘值的读取和数码管显示程序.其中通讯采用RS232接口,根据特定的通讯协议接受上位机的指令,并根据要求传送参数和下载参数.EEPROM 的数据交换通过AT89S52MC U 来完成周期扫描和新显示和键值.93第4期彭 辉:基于DSP 的全数字交流伺服驱动器设计与实现4 设计结果验证与分析为了验证本全数字交流伺服驱动器的性能,采用华中数控的H NC 222M D 数控系统来连接本次所设计的驱动器,并且带上交流伺服电机空载运行.交流伺服电机的型号为GK 606326AC612FE.额定扭矩为11N ・m ,额定电流5.6A ,额定转速2000r/min ,编码器输出脉冲为2500脉冲/r.实验结果如图5、6所示.图5 电机相电流跟踪响应特性曲线 图6 电机空载时转速阶跃响应特性曲线 图5是电机的相电流跟踪响应特性曲线:从图中可以看出,本驱动器具有良好的低速响应特性.图6是电机空载时从静止到2000/min 的转速阶跃响应特性曲线.从图中可以看出,转速阶跃响应特性相当快,而且超调非常少.运行平稳.通过实验结果表明:本设计方案可以实现交流伺服器的位置控制、速度控制、转矩控制、JOG 控制和内部速度控制,同时具有较高的控制精度和较快的响应速度,它可以保证高速高精的设计要求.5 结束语本文提出了基于DSP 的全数字交流伺服驱动器设实现方案,该方案充分利用了DSP 的高速运算能力和丰富的片内外设资源,配合MC U 的使用,减轻了DSP 的负担.使伺服驱动器集实时处理能力和控制器的外设功能于一身,实现了驱动器的实时性和快速性.具有宽调速范围,较高的控制精度,良好的动静态性能和完善的保护功能.全数字交流伺服驱动器的使用,可以有效地提高制造装备业自动化的水平,推动社会的进步.参考文献:[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,1997.[2]宋 宝,唐小琦,吴建昆.全数字交流伺服驱动器设计与研究[J ].机械与电子,2004,(1):39-42.[3]王爱祥,刘日宝.全数字交流伺服驱动器的研究[J ].现代雷达,2006,(3):66-69.[4]邢 杰.基于DSP 的全数字流伺服驱动器设计[J ].机械管理开发,2005,(2):59-60.[5]李叶松,宋 宝,秦 忆.全数字永磁式同步电机伺服系统设计[J ].电力电子,2002,(3):66-69.04南昌工程学院学报2008年。
基于DSP的交流伺服控制系统
目 录
• 引言 • dsp芯片及控制技术 • 交流伺服系统组成与工作原理 • 基于dsp芯片实现交流伺服控制策略 • 硬件电路设计与实现 • 软件编程与调试技巧分享 • 总结与展望
01 引言
背景与意义
交流伺服控制系统的发展
随着工业自动化的推进，交流伺服控制系统在机械制造、 航空航天等领域的应用越来越广泛，对系统的性能要求也 越来越高。
电机
交流伺服系统的执行元件，通 常采用永磁同步电机或感应电 机。
传感器
用于实时监测电机的位置和速 度等参数，为控制器提供反馈
信号。
工作原理及特点分析
工作原理
交流伺服系统通过控制器对电机进行精确的位置、速度和加速度控制。控制器 根据设定值和反馈信号计算出控制量，通过功率变换器驱动电机转动。传感器 实时监测电机的状态并反馈给控制器，形成闭环控制。
dsp在交流伺服控制中应用
交流伺服控制系统概述
交流伺服控制系统是一种高性能的电机控制系统，能够实现电机的精确位置、速度和转矩 控制。
DSP在交流伺服控制中的作用
作为控制系统的核心处理器，DSP芯片负责实现电机的控制算法，包括矢量控制、直接转 矩控制等，同时完成电机的状态监测和故障诊断等功能。
应用实例
通讯接口设计
根据实际需求，设计CAN、RS485等通讯接口电路，实现与上位机或其他设备的通讯功能。注意通讯接 口的电气特性和通讯协议，确保通讯的稳定性和可靠性。
pcb布局布线规则分享
布局规则
按照功能模块进行布局，将主电路、辅助电路、控制电路等分开布局，便于维修和调试。同时，注意元器件之间 的间距和散热问题。
实现过程
在dsp芯片上实现控制算法，包括算 法编程、调试和测试等步骤，确保算 法的正确性和实时性。
论单片机DSP在伺服驱动器中的设计与研究
论单片机DSP在伺服驱动器中的设计与研究伺服驱动器是一种以电机为驱动力的控制系统，它通过控制电机的位置、速度和加速度，实现对机械系统的精确控制。
伺服驱动器通过添加反馈设备可以获得更高的精度和控制稳定性。
近年来，单片机DSP被广泛采用来设计和研究伺服驱动器系统。
首先，单片机DSP具有高性能和灵活的处理能力，可以满足伺服驱动器对控制精度和实时性的要求。
采用DSP可以控制电机的位置、速度和加速度，并且可以实现开环控制和闭环控制。
在开环控制中，控制系统通过给电机施加恒定的电压或电流，来控制其位置、速度和加速度。
在闭环控制中，系统通过添加反馈设备来检测电机的位置、速度和加速度，实现更高精度和更稳定的控制。
其次，单片机DSP具有高度集成化和可编程性，可以实现灵活控制策略。
采用DSP可以实现各种控制策略，比如比例-积分-微分（PID）控制、模糊控制和自适应控制等。
PID控制通过对误差、积分和微分信号进行加权和求和，来控制电机的位置、速度和加速度。
模糊控制通过使用模糊逻辑来处理输入和输出，来实现更完善的控制。
自适应控制通过分析系统的反馈信号，来调整控制参数，以达到更好的控制效果。
最后，单片机DSP具有高度可靠性和易维护性，可以提高伺服驱动器的系统可靠性。
采用DSP可以实现故障保护和诊断功能，比如过流保护、过热保护、失速检测等。
在系统发生故障时，DSP可以给出警报并采取相应的保护措施，以保证系统的安全运行。
同时，DSP还可以通过上传和下载程序实现系统的升级和维护。
综上所述，单片机DSP在伺服驱动器中的设计和研究具有重要的意义。
它能够实现高性能和灵活的控制，满足伺服驱动器的高精度和实时性要求。
同时，它具有高度集成化和可编程性，可以实现灵活控制策略。
最重要的是，它具有高度可靠性和易维护性，提高了系统的可靠性和稳定性。
在未来的发展中，随着DSP技术的不断进步和应用价值的不断提升，相信单片机DSP会在伺服驱动器中扮演着越来越重要的角色。
基于DSP的直流伺服电机控制器设计与实现的开题报告
基于DSP的直流伺服电机控制器设计与实现的开题报告一、选题背景直流伺服电机是广泛应用于机械、电子和自动控制领域的电机类型，其在工业生产中的应用越来越广泛。
直流伺服电机具有快速响应、高精度、可靠性高等特点，因此在精密定位、速度控制和转矩控制方面具有广泛的应用。
为了更好地控制直流伺服电机，需要开发直流伺服电机控制器，实现电机的实时控制以及数据处理和分析等功能。
目前，基于DSP的直流伺服电机控制器已经成为研究热点，其可以更好地实现直流伺服电机的精密控制和高效运行，具有很大的发展潜力和应用前景。
二、研究目的和意义本研究旨在实现基于DSP的直流伺服电机控制器，提高直流伺服电机的控制精度和性能，降低直流伺服电机控制成本和功耗，实现对直流伺服电机的实时监测和控制。
具体研究意义如下：1. 提高直流伺服电机控制精度：基于DSP的直流伺服电机控制器采用先进的控制算法和实时反馈，可以更好地控制直流伺服电机的速度和位置，提高控制精度。
2. 降低直流伺服电机控制成本和功耗：利用DSP实现直流伺服电机的控制器，可以实现控制器的小型化和低功耗化，降低控制器的成本和功耗，提高直流伺服电机控制的经济效益。
3. 实现对直流伺服电机的实时监测和控制：基于DSP的直流伺服电机控制器具有高速、高效的处理能力，可以实时监测和控制直流伺服电机的性能和状态，提高直流伺服电机的稳定性和可靠性。
三、研究内容和方法本研究的主要内容包括基于DSP的直流伺服电机控制器的设计和实现，具体研究步骤如下：1. 系统分析和设计：根据直流伺服电机的控制需求，分析系统的控制算法、硬件电路和软件接口等方面，进行控制器的系统设计。
2. 控制算法设计：根据直流伺服电机的转速和位置控制需求，选择合适的控制算法，进行控制算法设计和优化。
3. DSP系统硬件设计：根据控制器的系统设计和控制算法要求，设计控制器的硬件电路，包括模拟输入输出电路、数字化电路、电源电路等。
4. DSP系统软件开发：基于DSP的直流伺服电机控制器需要实现实时数据采集、处理、运算和控制等功能，因此需要进行软件开发，包括DSP系统程序设计、控制算法程序设计、实时数据采集程序设计等。
一种基于DSP的伺服控制器的设计与应用(精)
一种基于D S P的伺服控制器的设计与应用吴建昆, 唐小琦, 宋宝(华中科技大学, 湖北武汉430074Design and Application of a Serv o C ontroller Based DSPWU Jiankun , TANG Xiaoqi , SONG B ao(Huazhong University of Science and T echnology ,Wuhan 430074,China摘要:介绍了一种由专用电机控制芯片DSPM otionChip 作为核心的伺服控制器, 该伺服控制器可以方便的用于各种运动控制系统中。
文章详细地介绍了该伺服控制器的硬件组成原理、软件结构方案, 制的方法。
关键词; 中图分类号文献标识码:B文章编号:1001-2257(2003 03-0026-03Abstract :Thepaper presents a serv o controller with the DSP M otionChip. The serv o controller can be conve 2niently used in many m otion control system. The hardware and s oftware design method of the serv o controller is dis 2cussed in detail. The method of multi axis m otion control with the serv o controllers is als o introduced in the paper.K ey w ords :DSP; serv o controller ; multi axis m o 2tion control收稿日期:2002-09-030引言在传统的电机伺服控制装置中, 一般采用一个或多个单片机作为伺服控制的核心处理器。
一种基于DSP的伺服控制器的设计与应用(精)
一种基于DSP 的伺服控制器的设计与应用吴建昆, 唐小琦, 宋宝(华中科技大学, 湖北武汉430074Design and Application of a Serv o C ontroller Based DSPWU Jiankun , TANG Xiaoqi , SONG B ao(Huazhong University of Science and T echnology ,Wuhan 430074,China 摘要:介绍了一种由专用电机控制芯片DSPM otionChip 作为核心的伺服控制器, 该伺服控制器可以方便的用于各种运动控制系统中。
文章详细地介绍了该伺服控制器的硬件组成原理、软件结构方案, 制的方法。
关键词; 中图分类号文献标识码:B文章编号:1001-2257(2003 03-0026-03Abstract :Thepaper presents a serv o controller with the DSP M otionChip. The serv o controller can be conve 2niently used in many m otion control system. The hardware and s oftware design method of the serv o controller is dis 2cussed in detail. The method of multi axis m otion control with the serv o controllers is als o introduced in the paper.K ey w ords :DSP; serv o controller ; multi axis m o 2tion control收稿日期:2002-09-030引言在传统的电机伺服控制装置中, 一般采用一个或多个单片机作为伺服控制的核心处理器。
基于DSP的数字伺服机构控制系统设计
Ｄ Ｐ为控 制核 心 ， Ｓ 包括 中央 处 理 电 路 ， 动 电路 ， 馈 电 路 等 实现 对 直 流 无 刷 电机 伺 服 系统 的 控 制 。 系统 原 理 简单 ， 驱 反 该 易于 实现 。 干 扰 能 力 强且 控 制 精 度 高 ， 制 效 率 好 ， 抗 控 已在 某型 伺 服 控 制 系统 中广 泛 应 用 。
２ Ｈｅ ａ ｏ ｔ ｈ ｉ Ｉｓ ｔｔ ， ｍｙ ７ ０ ９ Ｃ ｉ ） ． ｎ ｎ Ｐ ｌ ｅ ｎｃ ｎ ｔｕｅ ｙｃ ｉ 伽ｇ ４ ３ ０ ， ｈｎ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ａｉｆ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｆｔ ｅｄ ｇｔ ｌ ｏ ｔｏ ｒ ｓ ｌ ｓ ｔｒ ｉｉ ｌ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｆ ｍ ｓ ｌｓ ｓｒ ｃ ： ｎ ｏ ｄ ｒ ｏ ｓ ｔ ｙｔ ｅ ｒｑ ｉ ｔ ｓ ｅ ｎ ｉｉ ｎ ｒ ｌ ｏ ｂ ｕ ｈ ｅ ｓＤＣ ｍｏｏ ，ａｄ ｇｔ ｎ ｒ ｌ ｓｅ ｏ ｏ ｈ ａｃ ｔ ａｃ ｓ ｂ ｈｅ ｓ
关 键 词 ：ＤＳ Ｐ；伺 服 机 构 ；无 刷 电机 ；Ｔ ３ ０ ２ １ Ｍ￥ ２ Ｆ ８ ２；控 制 系统
中图 分 类 号 ： Ｐ １ Ｔ２ １
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ７ — ２ ６ ２ １ ）０ ０ ２ — ２ ６ ４ ６ ３ （０ ２ １— １７ ０
Ｔｈｅ ｄ ｇ ｔ ｌｓ ｒ ｏ ｍｅ ｈａ ｉ ｍ ｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｐ ｉ ｉａ ｅ ｖ ｃ ｎ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｂａ ｅ ｎ ＤＳ
７８ ０． －８
便 ， 免 了 由于 频 繁 开 关 导 致 的 电 路 故 障 ， Ｃ Ｌ Ｄ照 明不 像 避 Ａ Ｅ
ｅｅ ｔ ｍｏｏ ｏ ｔ ｌ ｓ ｒ ｏ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｈ ｓ ｓ ｓ ｍ ｈ ｃ ａ ｒ ｓ ｏ ｔ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｒ ｓ ｌｓ ｌｃｒ ｍｏｏ ｌｃｒ ｏ ｔｒ ｃ ｎ ｒ ｅ ｖ ｃ ａ ｉｍ ｓ ｎ ｒ ｕ ｅ ．Ｔ ｉ ｙ ｔ ｏ ｏ ｅ ｗ ｉｈ ｃ ｒｉ ｕ ｈ ｏ ｔ ｆ ｂ ｕ ｈ ｅ ｓ ｅｅ ｔ ｅ ｏ ｏ ｔｒ
基于DSP的数控机床伺服驱动系统研究的开题报告
基于DSP的数控机床伺服驱动系统研究的开题报告一、选题背景随着工业自动化技术的不断发展，数控机床已成为制造业的重要生产装备之一。
数控机床伺服系统作为数控机床的重要组成部分，其控制精度和动态性能直接影响着加工效率和加工质量。
目前，大多数数控机床伺服系统采用基于DSP的数字信号处理技术进行控制和实现闭环控制，使得机床的加工精度和稳定性得到有效提升，但在实际应用中仍存在诸多问题需要研究和优化。
因此，通过对基于DSP的数控机床伺服驱动系统的深入研究和分析，了解其工作原理和特点，进一步探究其在实际应用中的问题和优化方案，对于提高数控机床伺服系统的性能和稳定性，推动工业自动化技术的发展，具有重要的现实意义和研究价值。
二、研究内容本课题的研究内容主要包括以下几个方面：1. 基于DSP的数控机床伺服驱动系统的原理和特点a）DSP技术在数控机床伺服系统中的应用和发展现状b）数控机床伺服系统的基本组成和工作原理c）数控机床伺服驱动系统的性能指标和评价标准2. 数控机床伺服驱动系统中的控制策略和算法a）PID控制算法及其改进b）基于模糊控制的伺服调节c）基于自适应控制的伺服调节3. 数控机床伺服驱动系统中的问题和优化方案a）机床紧急停止后的伺服位置控制问题b）伺服系统的干扰抑制和抗干扰能力提升c）伺服系统的运动控制和动态性能优化4. 实验设计与数据分析a）基于MATLAB进行仿真实验b）基于实际数控机床进行测试与数据采集c）数据分析和结果验证三、预期成果本研究预期的成果包括：1. 对基于DSP的数控机床伺服驱动系统的原理和特点有全面深入的了解。
2. 对数控机床伺服驱动系统中的控制策略和算法进行系统分析和研究。
3. 发现并分析数控机床伺服系统中存在的问题，提出相应的优化方案。
4. 完成仿真实验和实际测试，并进行数据分析和结果验证。
5. 撰写相关学术论文并发表在相关的学术期刊或会议上。
四、研究方法本课题采用文献研究、理论分析、仿真实验和实际测试相结合的方法进行研究。
基于DSP的数字伺服机构控制系统设计
基于DSP的数字伺服机构控制系统设计伺服系统是控制系统中不可或缺的组成部分。
电机作为伺服系统中关键部件，对电机的控制精度和准确度要求越来越高。
无刷电机因其寿命长、可靠性好、运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，在伺服系统中应用越来越广泛。
使用数字信号处理器(DSP)实现无刷直流电机的伺服系统可以只用一片DSP实现比较复杂的算法，控制精度高，可对伺服系统进行更有效的控制。
文中以TMS320F28XX为控制核心实现对直流无刷电机伺服系统的控制，并给出了试验结果。
1 控制器原理及设计方案1．1 控制器原理及硬件设计控制器分为3个单元：中央处理单元即DSP用于接受控制指令，计算并校正控制信号；电机驱动单元驱动电机工作；执行机构执行主控指令并反馈伺服机构状态给中央处理单元以校正伺服机构状态。
工作原理如图1所示。
1．2 电源电路由于DSP和外围芯片工作电压为5 V和3．3 V。
电位器输入电压为+12 V和-12 V。
因此使用DC／DC电压转换器将+27 V输入电压转换成+12 V和-12 V 工作电压，用CW78L05将+12 V电压转换成5 V工作电压。
同理用FW431将5 V电压转换成4 V的基准电压和3．3 V芯片工作电压。
1．3 中央处理单元由TMS320F28XX作为中央处理芯片由RS422接口和SCI通信接口接收主控指令信号并转换成控制指令信号。
由SPI总线接口接收执行机构反馈回来的执行机构的位置信号与控制信号一起通过控制算法转换成PWM输出。
DSP的外围电路通常由时钟电路、JTAG接口电路组成。
时钟电路使用20 MHz晶振，5倍频后DSP工作在100 MHz 的频率。
每个电源入口用0．1μF的电容滤波及隔离。
伺服控制电路与主控之间的通信采用RS422异步全双工传输方式，采用MAX3160通信芯片实现。
1．4 反馈电路反馈部分采用在执行机构安装同步电位计，通过电位计反馈电压信号，经过信号调理后，经由A／D转换器将数字信号反馈给DSP。
基于DSP的伺服控制系统设计与实现
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｗｉｌｌ ｂｅ ａｂｌｅ
ｍｏｔｏｒ．
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ
ｐｅｒｍａｎｅｎｔ
ｍａｇｎｅｔ ＡＣ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｍｏｔｏｒ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｐａｃｅ
ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ
ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ、ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ
ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ
ｓｉｇｎａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｔｏ ｖｅｃｔｏｒ ｏｕｔ ｔｈｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｏｆ ｔｈｅ
ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ
ＡＣ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｓｅｒｖｏ
ｍｏｔｏｒ’Ｓ ｔｈｒｅｅ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｕｃｈ ａｓ
Ⅱ
武汉理工大学硕士学位论文
ｃｕｒｒｅｎｔｓ，ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｅｓｔｍｅｎｔ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ｈｉ曲－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ
ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ
基于DSP数控机床交流伺服系统的设计和实现 PPT
基于DSP数控机床交流伺服系统的设计和实现+PPT由于电力电子技术能有效的节能降耗,所以被看作是国民经济各部门、国防建设和人民生活中一项重要的基础技术。
世界范围内的能源紧缺,使得各国对电力电子技术更加重视,因而电力电子技术的发展出现了生机勃勃的新局面。
国外许多国家都将电力电子技术列为90年代高新技术的发展重点。
伺服系统是数控设备的一个重要组成部分,其性能对零件加工精度和加工效率都起着重要的作用,在整个数控机床成本构成中伺服系统也占有不可忽视的份额。
一个多功能、高性能的数控系统必须配置与之相适应的高性能伺服驱动系统,才能充分发挥整个数控机床的性能和优势。
因此,研制高精度、快响应的数控交流伺服技术有着非常重要的现实意义。
本文以数控永磁同步交流伺服系统为主要研究对象,建立了永磁同步电机的数学模型,阐述了矢量控制策略和SVPWM脉宽调制方法,构建了永磁同步交流伺服系统的硬件电路和软件算法,实现了位置环、速度环、电流环闭环控制,并对系统性能进行了仿真和试验。
目录第1章绪论 5课题背景 5数控技术的现状和发展趋势 6永磁同步交流伺服的现状和发展趋势7永磁同步交流伺服的控制策略8论文的主要研究内容10第2章永磁同步电机数学模型及矢量控制策略10永磁同步电机的基本结构10永磁同步电机的数学模型11永磁同步电机的矢量控制18矢量控制21矢量控制的电流控制方法24空间矢量脉宽调制26空间矢量PWM的实现28小结33第3章永磁同步交流伺服系统的硬件电路设计34永磁同步交流伺服系统的基本结构34伺服系统主控制电路34TMS320F2812最小系统34PWM隔离电路37电流检测电路37光电码盘接口电路38三相交流逆变电路RS232转SCI通讯接口电路40LCD显示电路40伺服系统的主功率回路41本章小结41第4章永磁同步交流伺服系统的软件与仿真模型42永磁同步交流伺服系统的软件结构42系统程序的框图及其说明42主程序由系统初始化和死循环组成42外部中断XINT1程序43定时器3周期中断程序43定时器1下溢中断44SCI串行通讯接收中断45利用TMS320F2812实现SVPWM算法46生空间矢量PWM波形的寄存器设置46空间矢量PWM的硬件工作原理47空间矢量PWM的边界条件47空间矢量PWM波形47积分改良型PI控制器的设计48Kp参数分析49Ki参数分析49Kc参数分析49参数的整定49电流环的设计49速度环的设计50位置环的设计50永磁同步交流伺服系统仿真分析51永磁同步电机、电机测量和PID控制器模块51功率逆变与坐标变换模块51第5章实验与仿真结果分析52实验条件52仿真结果52负载突变仿真52位置响应仿真54实验结果55小结57第六章结论和展望57主要研究结论57进一步展望58参考文献58第1章绪论课题背景>由于电力电子技术能有效的节能降耗,所以被看作是国民经济各部门、国防建设和人民生活中一项重要的基础技术。
基于DSP的伺服控制系统的设计
１
勺 地
基于 Ｄ Ｐ的伺服控制 系统 的设计 Ｓ
邢
摘
伟
（ 广东 交通职业技术学 院 ，广州 ５ ０ ０ ） １ ８ ０
要：在解决永磁 同步 电动机伺服 系统 的控 制精 度时 ， 章应 用 Ｄ Ｐ Ｍ ３０ Ｆ ４ ７ 文 Ｓ Ｔ Ｓ ２Ｌ ２０ 开发 了永磁 同 步伺服控制系统 ， 应用转子磁场定向矢量和弱磁控制 ， 完成 了软硬件设计方案 ， 实现 了对 永磁 同步伺 服电机的矢量控制 ，结果表明 ，应用高速 Ｄ Ｐ芯 片，采用矢量控制 的永磁 同步电机伺 Ｓ
服系统具有良好的动态响应性 能和静态性 能，其结构 紧凑 ，控 制灵活。
关键词 ：Ｔ ３０ Ｆ ４ ７ Ｍｓ ２ Ｌ ２ ０ ；电动机 ；伺服 ；控制
中图分类号：Ｔ ８ Ｍ３ ３ 文献标 识码 ： Ｂ 文章编 号：１０ —０ （ ０ ７ ０ — ０ ３ ３ ９ １ ４ ２０ ） ７ ０ ５ —０ ０ ３
ｉ ｄ． ｏｓ ｏ ｔｏ ｒ ｉ ｏ ｉ ｔ ｄ ｏ ｆ ｌ ｗｈ ｅ ｃ ｎ ｒ Ｉ ａ ｔ Ｓ ｃ ｎｓｓ ｅ ｆＴＭ￥３ ０Ｌ ２ ０７ ｔ ｉ ｅｒ ｏ ｓ ｓ ｅｍｓ ｈ ｖ ａ ｙ ｅ ｐ ２ Ｆ ４ ． ｈｓｓ ｖ ｙ ｔ ａ ｅｍ ｎ
ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｓ ｃ ｓｃ ｍｐ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ，ｅ ｓ ｎ ｂｅｄ ｓｇ ｆ ｘｂｅｃ ｔｏ ｎ Ｏｏ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉ ， ｕ ｈａ ｓｃ ｏ ａｔ ｏ ｃ ｓｒ ｃｉ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｅ ｉｎ，ｌ ｉｌ ｏｎｒ ｌ ｄＳ ｎ． ｏｎ ｅ ａ
电动机 统 一理 论 的结论 可 以得到 转子 坐 标 系 （—轴 ｄｑ 系 ）中的 永磁 同步 电动 机定 子磁 链方 程 为 ：
基于DSP的全数字交流伺服驱动器设计与实现
假设 电动 机 是 线 性 的 ， 数 不 随 温 度 等 变 化 ， 参 磁 滞、 涡流 等损 耗 忽 略 不计 。基 于 电 机 统 一 理 论 的 结论 可 以得 到转 子 坐 标 系 （ — ｑ轴 系 ） 的永 磁 ｄ 中
同 步 电机定 子磁链 方 程为 ：
Ｘ ｄ Ｌ ｉｄ ＋ Ｘ ｒ Ｆｓ ＝ ｄ ｓ Ｆ Ｘ ｓ ＝ Ｌｑ ｓ Ｉ ｑ ｔ ｉｑ
换控 制 ” 它 们 的诞 生使 交流 伺服 驱 动技 术在 精 细 ， 化方 面 上大 大迈 进 了一 步 ， 以后 在 实 践 中许 多学
种 传动 装 置在 现代 工业 的各个 领域 得到 了广泛 的
运 用 。随着 微 电子 技术 和 功率 电子技 术 的迅猛 发 展 ， 服驱 动器 在 经历 了模 拟 式 、 数混 合式 的发 伺 模 展 后 ， 入 了 全 数 字 式 的时代 。全 数字 交 流 伺 服 进 驱动 器不 仅克 服 了模 拟式 伺 服的分 散性 大 、 漂 、 零
其 中 ， ， 为转 子 磁 钢 在 定 子 上 的 耦 合 磁 链 ； １ｒ 王 Ｌ 、 ｑ为 永磁 同步 电动 机 的直 、 轴 主 电感 ； ｄ ｄＬ 交 ｉ 、 ｓ ｉ ｓ ｑ为定 子 电流矢 量 的直 、 轴 分量 。定 子 电压方 交
程为：
ｕｓ ｄ— ｒ ｉｄ＋ ｐ ｔｓ ｓｓ Ｘ＇ ｄ— ｏＸ ｓ ｕｓ ＪＩ ｑ ｔ ｑ— ｒ ｉｑ＋ ｓｓ
灵 活 、 态显示 齐 全 、 口丰 富 、 状 接 结构 紧凑 、 宽调 幅 比等 优点 ， 越来 越 受 到 自动 化 行业 的青 睐 。
１交流 永磁 式 同步 电机 的 磁 场 定 向控
制 原 理
矢 量 控制 （ ｅｔｒｃ ｎｒ １， 称 磁 场 定 向控 ｖ ｃｏ ｏ ｔｏ） 又 制 （ｉｌ—ｏｉｎｅ ｏ ｔ １是 在 ２ ｆ ｄ ｒ ｔｄｃ ｎｒ ） ｅ ｅ ｏ ０世 纪 ７ Ｏ年 代 初 由美 国学者 和德 国学者各 自提 出的 。联 邦德 国
基于DSP的全数字交流伺服驱动器设计与实现
第３ 第４ 卷 期
２ ０ 年１ 月 ０８ １
陕 西 工 业 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｕ ａ ｏ ｈ ａ ｘ ｏｙ ｅｈ ｉ ｎ ｔ ｕｅ ｏ ｒ ｌ ｆＳ ａ ｎ ｉ ｌｔｃ ｎｃＩ ｓｉ ｔ ｎ Ｐ ｔ
Ｖ０ １．３Ｎｏ．４ Ｎｏ ．２ ００ ８ ｖ
基 于 ＤＳ Ｐ的全数 字 交流 伺服 驱动 器设计 与实现
彭 辉
（ 东莞华中科 技大学制造工程研究院 ， 广东 东莞 ５ ３０ ） ２ ８ ８
摘 要： 伺服驱动技术是 自动化控制领域 的关键技术之一 ， 制造装备业对伺服驱动器提 出了高集成度 、 快响应速度 、 款采用高性能基于 Ｄ ＰＴ ３ ０ ２ １ Ｓ ＭＳ２ Ｆ ８ ２为核心运动控制芯片 ，以智能功率模块 Ｆ １ ０ Ｖ ２ Ｍ ０ Ｃ Ａ １０的 Ｉ Ｍ 为逆 变器 Ｐ
基于DSP的精密平面电机伺服驱动设计
Ｔ ３０ ２ １ Ｓ ＭＳ２ Ｆ ８ ２Ｄ Ｐ为实现灵 活 、 杂 、 时 的控 制 算法 提 复 实
收 稿 日期 ：０ ０—１ ｏ 收 修 改 稿 日期 ：０ ｌ ３一ｌ ２１ ２一 ６ ２ １ 一０ ２
Ｉ ｔｕ ｎ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｎ ｏ ｎｓｒ ｍｅ ｔＴｅ ｈ ｉ ｕ ｎｄ Ｓｅ ｓ ｒ
益为 １ 电压跟 随器 ， 的 以提 高后级 电路 的输 出阻抗 ， 免不 必 避
度前馈系数 。Ｇ （）和 Ｇ （） 。ｓ ２ Ｓ 分别为位置调节器和 电流调节器
的传递 函数 ， 为电流反馈系数 ， ｓ 为电机传 递函数 ， Ｏ ／ Ｈ（ ） 电流环 反馈信号通过 电流传感器获取 ， 位置环反馈数 据信号 由激光干
路， 分析 了引起伺 服驱 动输 出误差 的不 利 因素 ， 提 出了针 对 并
为了实现上述特性 ， 通常采 用 以下策 略 ： 对精 密运 动 过 针
程 的三阶轨迹规划 ＩＪ产生理论 的加 速度 、 ４， 速度 及位移 曲线 ；
前馈 环路 ， 通过理论 加速度与速度产 生作用力 提前控 制 电机 运 动 Ｊ并精密运动控 制模 型 中的非 线性 因素进行 补 偿 ， ； 反 馈环路 ， 将工作 台实 际位 置引入 ＰＤ控 制器 ， 位置 误差 进行 Ｉ 对 调制 ； 运动执行器件 需 建立 精确 的控 制模 型 ， 得控 制算 法 的 使 输 出尽可 能的逼近理论 曲线 ， 否则 由建 模误差 或外界不 确定 干 扰带来 的较 大输 出误差 ， 会增 大 了反馈 控制 器 的调节 负荷 ， 无 法达到较高 的控制 精度 。文献 ［ ］ ６ 介绍针对光 刻机工作 台的结 构， 以及 针对洛伦兹 平 面 电机 的精 确建模 ， 对 于平 面 电机伺 但 服驱动器 ， 应该具有 输 出 电流分辨 精度 ， 良好 的输 出线性 度及 快速响应能力 ， 才能保证整个平 面 电机执行 环节 的精确控 制模
基于DSP的机床数控系统设计
基于 DSP 的机床数控系统设计陕西彩虹彩色显象管总厂 桑东燕为使机床工作台达到亚微米级的线性运动精度，现代控制技术的引入对处理器有了更高 的要求。
用高性能的数字信号处理器（DSP）代替单片机，即可提高机床数控系统的运行速 度，使之满足高速和高精度控制的要求。
1 引言 数控技术作为先进制造技术（如柔性制造技术、计算机集成制造系统）的基础，国家投 入了大量的人力、财力进行攻关开发，其关键技术已取得了重大进展，实现了多坐标联动， 攻克了交流全数字伺服和主轴驱动技术，“九五”期间实现了数控机床产业化攻关目标，国 产数控机床的国内市场占有率达到 50%，国产数控系统占国有数控机床配套需求的 50%， 产值数控化率已达到 20%以上。
从最近几次机床展览会上可以看出，针对快速发展中的中国市场，国外众多著名数控系 统供应商如法那克、西门子、日本安川、三菱等公司相继推出中低档数控系统。
目前，占据 国内数控系统市场主要份额的仍然是经济型数控机床系统。
这类系统大多采用 MCS-51 系列 单片机或与 MCS-51 系列兼容的单片机，最高时钟频率为 12～40MHz，单周期指令执行时 间为 250ns～1s，限制了经济型数控机床性能的提高，特别是多轴高速联动、螺纹高速切削 和高分辨率控制等功能受到限制。
为使机床工作台达到亚微米级的线性运动精度，现代控制技术的引入对处理器有了更高 的要求。
精细化的控制单位、以微小程序段连续进给以及大数据量、高精度的补差运算和控 制，也要求处理器能对加工指令做出高速度的反映，高速计算出伺服电机的移动量，随后发 出控制指令。
用高性能的数字信号处理器（DSP）代替单片机，即可提高机床数控系统的运 行速度，使之满足高速和高精度控制的要求。
2 数控系统硬件设计 （1）DSP 数字信号处理器 DSP 数字信号处理器时钟频率高、处理速度快，是单片机的理想替代品。
TI 公司 DSP 数字信号处理器 TMS320F240 内部的模数转换模块包括两个独立的采样，保持电路和两个 10 位双积分型的转换器，16 路模拟输入通道，可同时转换 2 路信号。
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１ 系统方案设计
数 控机 床 的闭环伺 服 系统 根 据指 令 ， 由位 置 比较
图 １ 数 控 机 床 闭环 伺 服 系统 示 意 图
图２ 是基 于 Ｄ Ｓ Ｐ的数控机床交流伺 服驱动系统
的方 案框 图。单 片机 ８ ９ Ｃ ５ ５控制 Ｌ Ｃ Ｄ和键 盘组 成 的
Ｓ Ｐ进行通信 。插补运算 、位置控 模块和速度 比较模块控制伺服电机 ， 从而控制工作台 输人指令端子与 Ｄ 速度控制 、 Ａ Ｄ转换和捕获位移信号功能均由 Ｄ Ｓ Ｐ 的工作 ， 如图 １ 所示 。为 了实现交流异步电动机 的全 制、 Ｓ Ｐ运 行 时 ， 根据原点坐标 、 终 点 坐 数 字化 控制 ， 系 统 中控制 部分 的位 置 比较 模块 和速度 芯 片 内核 完 成 。 Ｄ 进 给 速度 、 直线 运 行 、 圆弧 运 行 等不 同指 令 ， 运 行 比较模 块改 用 计 算 能力 比较 强 大 、性 价 比 比较 高 的 标 、 根据 每一 次插 补 运算 算 出 的两轴 相 Ｄ Ｓ Ｐ代 替 ，就 形 成 了基 于 Ｄ Ｓ Ｐ的数 控机 床 的伺 服驱 相应 的插 补运 算 ，
动 系统 。 由于 Ｄ Ｓ Ｐ处理 器 内嵌 Ｐ ＷＭ 电路 、 Ａ ／ Ｄ转换
应的工作台动点的 目 标坐标数值 ，向 、 ｙ轴 电机发
轴 电机和 】 ， 轴电机要 电路 以及其 它 相 关 的接 口和 电路 等 ， Ｄ Ｓ Ｐ内置 的 出相应的电机转速指令信号。 得 到 相应 的 目标 转速 ，必 须 由速 度 指令 信 号指 挥 着 Ｐ ＷＭ 电 路 根 据 算 法 发 出相 应 的 Ｐ ＷＭ 控 制 波 形 ， 从 Ｓ Ｐ的 Ｄ Ｔ Ｃ控 制方 式 ，子程 序 根据 指令 速 度 分 配相 而 控制 数控 机床 的位 移 和速 度 ， 通过 多 种传 感 器采集 Ｄ 数 据到 Ｄ Ｓ Ｐ ， 以达 到反 馈控 制［ １ １ 。 应的值 ， 然后 Ｐ ＷＭ信号从 Ｄ Ｓ Ｐ 芯片输 出经过各 自的 光 电 隔离 、 驱动电路 、 逆 变器 后 再输 入 到 ｘ 轴 电机 和 ｙ轴 电机上 。Ｄ Ｓ Ｐ芯片上 Ｐ ＷＭ１ — ６ 输出 轴 的逆变
中图分类号 ： Ｔ Ｇ６ ５ ９； Ｔ Ｐ ２ ７ ３
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ８ — ０ ０ １ ９ － ０ ３
伺服驱动技术作为数控机床 、工业机器人及其
它 产 业机 械 控 制 的关 键 技 术 之 一 ，在 国 内外普 遍 受 到关注。 伺 服 系统 具 有独 特性 ， 与数 控 装 置 和机 床本
１ ９
Ｅｑｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎｔ Ｍ ａ ｎ ｕｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎｇ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏｇ ｙ Ｎｏ ． ８， ２０１ ５
３脚输 出为 ５ Ｖ左 右 电压 ， 防 盗器 内部 电源 电压是 正 常的。 防盗 器外 部线 路 ３号脚 有 １ ２ ． ８ Ｖ左右 常 电压 ，
析 了其结构组成 、 硬 件设计、 软件设 计等 问题 。通过 仿真和 实验表 明， 基 于 ＤＳ Ｐ的数控机床伺 服驱动 系统具有稳定性 、 可
靠性 ， 能根据控 制方式进行相应的调速 实验 以及 一般 的插 补运动 ， 达到预 期效果。
关键词 ： ＤＳ Ｐ； 伺 服 驱 动 系统 ； 设 计
体并列为数控机床 的三大组成部分。本文结合 电压 型逆变器 、 微 电子技术 、 传感器技术 、 控制 理论 和微 计算机技术等技术不断更新 ， 利用 Ｄ Ｔ Ｃ （ 直接转矩控 制） 等控 制技术在 Ｄ Ｓ Ｐ （ 数字信号处理 ） 芯片应用实 现、 数 据 采样 插 补 技 术 的软 件 实 现 ， 使 数控 机 床 交 流 伺服驱动系统全闭环控制数字化得以实现。
《 装备制造技术￣ ２ ０ １ ５ 年第 ８ 期
基于 Ｄ Ｓ Ｐ的数控机床伺 服驱动 系统 的设计 与 实现
黄 象珊
（ 浙 江 经济 职 业技 术学 院汽车 技 １ ８ ）
要： 根 据 数 控 机 床 伺 服 系统 全 数 字 化 发 展 的 时 代 要 求 ， 设 计 了一 种 基 于 ＤＳ Ｐ的 数 控 机 床 闭 环 伺 服 驱 动 系统 ， 同 时 分
器控制信号 ， Ｐ ＷＭ ７ — １ ２ 输出 ｌ ， 轴逆变器控制信号。 轴工作 台的位移传感 器 ７ 返 回位置脉冲信号
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ５ — １ ４
基金项 目： ２ ０ １ ３ 年度浙江省高校访问工程师， （ 项 目名 ： 基于 Ｄ Ｓ Ｐ的数控机床伺服驱动系统的应用研究， 项 目编号 ： Ｆ Ｗ２ ０ １ ３ １ ３ ３ ） 作者 简介 ： 黄 象珊（ １ ９ ７ ６ 一 ） ， 男， 浙江温州人 ， 本科 ， 高级实 验师。主要从 事机电一体化技术研究 。
３ 结束 语
２ 号脚点火开关有 １ ２ ． ９ Ｖ电压 ， １ 号线接地 ，内外部 当今汽车电器产品发展非常迅速 ，诊断方法和 电源 都正 常 ，测 量集 成块 Ｕ ２ ， ３ １ 号脚有 ５ Ｖ 电源 电 维修 手 段 也越 来 越先 进 ， 做 为 一 名合 格 的 维修 人 员 ， 压， Ｕ ２集成 块 工 作 正 常 ， Ｕ ４ 集成 块 ８号 脚 电源 电 压 必 须 学 习 多 门知 识 ， 接 受 新 的 观念 ， 与 时俱 进 ， 才 不 ５ Ｖ， Ｕ ４集成 块 工 作 正 常 ， Ｕ １集 成块 ２ １ 号 脚 电源 电 会被淘汰 ， 伴 随着汽车结构更加 复杂 ， 精 密度更 高 ， 压５ ｖ， ｕ １ 集成块工作正常 ，经轻轻敲打电路板 ， 还 故障的多样化 ，隐蔽性给车辆 的维修工作带来了一 是无异常状况 ， 轻轻拉动线路 ， 防盗器再也不读 卡 ， 定的难度 ， 因此 ， 应尽快熟 练掌握专业维修 知识 ， 才 经仔细检查发现天线的输 出端 ，天线线圈接头有 一 能提高工作效能。