多轴伺服控制器的片上系统设计

多轴伺服控制器的片上系统设计

作者：周兆勇， 王琳， 漆亚梅， 李铁才， 朱登伟， ZHOU Zhao-yong， WANG Lin， QI Yamei ， LI Tie-cai， ZHU Deng-wei

作者单位：周兆勇,王琳,漆亚梅,朱登伟,ZHOU Zhao-yong,WANG Lin,QI Yamei,ZHU Deng-wei(深圳航天科技创新研究院,先进数字装备技术研究所,广东,深圳,518057)， 李铁才,LI Tie-cai(哈尔

滨工业大学,电气工程及自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001)

刊名：

电机与控制学报

英文刊名：ELECTRIC MACHINES AND CONTROL

年，卷(期)：2009，13(4)

被引用次数：0次

1.TAKAHASHI Toshio.GOETZ Jay Implementation of complete AC servo control in a low cost FPGA and subsequent ASSP conversion 2004

2.WANG Shuang.LI Tiecai.ZHOU Zhaoyong FPGA-based single-chip servo system for five axes actuators 2007

3.LIU Yajing.LI Tiecai.ZHOU Zhaoyong Design and implementation of an ASIC-based four-axis position servo system 2008

4.ASSAR K M.ASHOUR I S.SAAD E M A new compact control unit for CNC using SoCs technology 2003

5.ZHOU Zhaoyong.LI Tiecai.TAKAHASHI Toshio Design of a universal space vector PWM controller based on FPGA 2004

6.万筱剑.吴乾坤.杜坤梅单芯片交流伺服电动机速度控制器的实现[期刊论文]-电机与控制学报 2004(03)

7.周兆勇.李铁才.高桥敏男基于矢量控制的高性能交流电机速度伺服控制器的FPGA实现[期刊论文]-中国电机工程学报 2004(05)

8.PETER Vas Vector Control of AC Machines 1990

9.SANJIT K M Digital Signal Processing-A Computer-Based Approach 2001

10.徐厚东.黄益庄.付铭微机反时限过流保护算法[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版) 2006(01)

1.学位论文李军精密定位伺服控制系统的研究与应用2006

随着计算机、微处理器、电力电子器件的快速发展与矢量控制理论的成熟，交流伺服控制技术取得了长足的发展。高性能的交流伺服控制系统也从传统的模拟、数字模拟混合向全数字控制系统发展，并在越来越多的精确控制领域成为主流。

论文结合“IC精确定位伺服控制系统”项目，主要针对运动控制部分，研究开发出高性能、灵活、可靠的位置伺服控制系统，以满足整个系统对运动控制部分的要求。

本文深入研究了永磁交流同步电机的空间矢量控制原理，并详细阐述了控制器位置环、电流环和速度环三闭环控制方法。设计部分主要论述了系统的软硬件设计，包括伺服控制器的结构设计、硬件接口设计、软件结构设计、流程分析与程序编制。该伺服系统的总体结构由主控制程序、多轴运动控制卡、驱动单元、硬件接口I/O、PMSM伺服电机及精密运动平台组成。主控制程序基于VC++编程实现，通过各子功能模块发出控制指令，同时，接收并处理外部反馈信息。运动控制卡采用MCX314运动控制芯片来实现多轴伺服控制，控制卡根据从上位计算机上获取的运动指令完成插补计算并产生相应的控制脉冲，同时，接收外围反馈信息。驱动单元接收相关控制脉冲及指令，经过三闭环控制及功率放大完成对交流伺服电机的控制。整个控制系统软件及硬件的设计采用开放式、模块化的设计方法，方便用户使用及功能扩展。

经过对伺服控制系统软件与硬件的调试，实验结果证明该系统可满足高性能IC精确定位伺服控制系统的要求。

2.学位论文陈志杰基于DSP和CAN总线的多轴伺服系统的研究与设计2007

随着伺服系统在工业控制和家用电气等领域的广泛应用，人们对伺服控制产品的性能、功能及性价比要求越来越高。基于数字信号处理技术和现场总线技术、以永磁同步电机为执行电机、采用高性能控制策略的全数字化交流多轴伺服控制系统是多轴伺服系统发展的趋势之一。

本文针对多轴伺服系统的开发需求，密切结合广西壮族自治区科学科技厅委托的科技攻关项目，主要在以下几个方面的进行研究：

(1)依据伺服系统的功能要求对设计方案进行了分析论证，提出PC+CAN(控制器局域网)总线+2片DSP(Digital Signal Processor数字信号处理器)芯片为主体的四轴伺服系统总体方案。完成了以TI公司的TMS320LF2407A DSP为核心的单轴伺服控制系统硬件电路设计。设计中运用DSP内嵌的CAN控制器实现DSP处理器与上位PC机之间的通信，为本多轴伺服控制系统进一步实现网络化功能奠定了基础。

(2)描述了永磁同步电机磁场定向的矢量控制原理，对SVPWM矢量控制策略及其在DSP上的软、硬件实现技术进行了详细分析，并将其应用到永磁同步伺服电机上，实现电机转速和位置的精确控制。

(3)针对系统的要求，对各功能模块的软件进行了详细设计，包括定时器中断服务子程序、PID调节器、坐标变换、SVPWM产生和CAN总线通讯协议等模块。采用汇编语言和C语言混合编程，提高了系统的实时性和稳定性。