基于DSP的電機同步控制系統(tǒng)

宋少鵬

（鄭州飛機裝備有限責任公司預研室，河南 鄭州 450005）

在一個位置控制系統(tǒng)中，需要兩臺電機同步工作。由于電機在設計制造過程中有一定的誤差累積，因此其轉(zhuǎn)速有一定的誤差，因此兩臺電機協(xié)同工作時，累積的誤差反映到實際工況中，會導致位置誤差過大，以至于影響系統(tǒng)正常工作，因此需要根據(jù)誤差情況對電機進行實時調(diào)整，使其滿足系統(tǒng)性能需求。

本文介紹了一種基于DSP的電機同步控制系統(tǒng)，電機輸出軸通過減速器連接到編碼器，編碼器實時采集電機的位置信息，DSP根據(jù)兩臺電機位置誤差對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，使其滿足系統(tǒng)要求。

1 控制系統(tǒng)硬件設計

整個控制系統(tǒng)主要由DSP控制板和編碼器組成。DSP控制板主要由電源電路、DSP基本電路和CAN總線接口電路組成。

電源電路將外界提供電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的電源，如圖1所示。系統(tǒng)提供28V直流電源，經(jīng)SFJLC-46181-3AW濾波供編碼器和進一步轉(zhuǎn)化，TDPAA28S5W10是隔離的DC-DC變換器，將28V轉(zhuǎn)化為5V供系統(tǒng)電路和CAN總線使用，TPS767D318把5V電源轉(zhuǎn)化為3.3V供DSPI/O使用，轉(zhuǎn)化為1.8V供DSP內(nèi)核使用［1-2］。

圖1 電源變換電路

DSP基本電路如圖2所示，采用SMJ320F2812HFGM150作為處理核心。SMJ320F2812HFGM150是高性能的32位定點數(shù)字信號處理器，主時鐘最高工作頻率可達150MHz，單周期指令執(zhí)行時間6.67ns。該電路集成了多種先進的外設，為電機及其他運動控制領域的應用提供了良好的平臺。

圖2 DSP基本電路

CAN總線接口電路如圖3所示，主要由總線控制器電路、收發(fā)器電路、隔離電路、外圍電路等組成。

CAN總線控制器采用SJA1000芯片，其內(nèi)部分為接口管理模塊、發(fā)送緩沖器、接收緩沖器、驗收濾波器、位流處理器、位時序邏輯、錯誤管理邏輯等子模塊。通過各模塊的配合實現(xiàn)在CPU和外圍CAN網(wǎng)絡之間控制的功能，實現(xiàn)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。

CAN總線收發(fā)器采用PCA82C250，作為CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，實現(xiàn)CAN總線控制器不同終端的通信，提供對總線的差分接收功能和差分發(fā)送功能。

電路進行抗干擾設計，SJA1000和PCA82C250之間采用6N137高速光耦實現(xiàn)信號的隔離。CANH和CANL之間采用CMW3216繞線片式共模電感進行隔離，在適當位置加匹配電阻和電容［3］。

圖3 CAN總線接口電路

本系統(tǒng)采用德國倍加福公司生產(chǎn)的CSM36M-F4AB DA0BN-1213型編碼器，如圖4所示。這是一款采用電磁式碼盤掃描技術(shù)的絕對值編碼器。不受對光電掃描不利因素（沖擊、振動、灰塵、濕氣等）的影響，體積小，產(chǎn)品性價比高。

絕對值編碼器為每個軸的位置提供一個獨一無二的編碼位置值，這款絕對值編碼器通過CAN總線接口與主機進行通信，傳輸速率最大為1MBit/s，分辨率單圈13位，圈數(shù)12位，完全滿足系統(tǒng)要求。

圖4 CSM36M-F4ABDA0BN-1213型編碼器

2 控制系統(tǒng)軟件設計

DSP軟件設計包括初始化程序、CAN總線通訊程序、數(shù)據(jù)計算處理程序、電機控制程序。

主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

其中CAN總線通訊程序主要由初始化函數(shù)、發(fā)送函數(shù)和接收函數(shù)組成，流程圖如圖6所示。其中發(fā)送函數(shù)為寫主動發(fā)送函數(shù)，接收函數(shù)采用中斷接收［4］。

2.1 SJA1000寄存器初始化配置順序

①進入復位模式，進行配置。②配置時鐘分頻寄存器，決定Peil模式還是Basic模式。③配置總線定時寄存器，確定波特率。④配置中斷使能寄存器，決定使用哪幾個中斷。⑤配置輸出控制寄存器。⑥配置驗收碼和屏蔽碼，決定接收哪一類節(jié)點的數(shù)據(jù)。⑦退出復位模式，進入正常工作模式。

2.2 發(fā)送數(shù)據(jù)順序

①查詢狀態(tài)寄存器，判斷是否正在接收，是否正在發(fā)送，是否數(shù)據(jù)緩沖區(qū)被鎖。②配置發(fā)送緩沖區(qū)。③配置命令寄存器，啟動發(fā)送。

2.3 接收數(shù)據(jù)順序

圖6 CAN總線通訊程序流程圖

①采用中斷接收，關CPU中斷。②判斷是不是接收中斷。③判斷是遠程幀還是數(shù)據(jù)幀。④讀取數(shù)據(jù)。⑤開中斷。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)通過實時監(jiān)測電機的運行狀態(tài)，不斷修正兩個電機的運行速度，經(jīng)過驗證，整個系統(tǒng)的控制精度達到0.5mm，而且此控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，抗干擾能力強，完全能滿足性能要求。

［1］尹明，王杰.基于CAN總線嵌入式數(shù)字控制系統(tǒng)的設計［J］.制造業(yè)自動化，2010（2）：12-15.

［2］曾敏，楊九銘，張泉宏.基于DSP的直流變頻控制系統(tǒng)研究［J］.電力電子技術(shù)，2005（6）：56-59.

［3］蘇奎峰，呂強，耿慶鋒.TMS320F2812原理與開發(fā)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

［4］王瑾.基于DSP和CAN總線的步進電機控制系統(tǒng)研究［J］.電子測量技術(shù)，2009（1）：68-72.