基于DSP+FPGA的電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚松坡，陳機(jī)林，劉超，汪輝，李明洲

（南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094）

基于DSP+FPGA的電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚松坡，陳機(jī)林，劉超，汪輝，李明洲

（南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094）

為滿足某火箭炮伺服加載系統(tǒng)在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控、快速定位、精確打擊等性能指標(biāo)，提出一種高性能電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。方案中高低機(jī)、方向機(jī)的驅(qū)動(dòng)原件為永磁同步電機(jī)，硬件控制平臺(tái)采用DSP+FPGA的體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合集中控制模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。鑒于現(xiàn)有軸角檢測(cè)系統(tǒng)的不足，文中依據(jù)DSP和AD2S83設(shè)計(jì)的角位置與檢測(cè)系統(tǒng)具有自動(dòng)零位校準(zhǔn)及角位置實(shí)時(shí)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，并且集成度高、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)。

伺服加載系統(tǒng)；永磁同步電機(jī)；數(shù)字信號(hào)處理器；現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列

電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)是一種新型的負(fù)載模擬器，是隨動(dòng)系統(tǒng)力矩加載的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其自身的控制性能和抗干擾能力直接影響隨動(dòng)系統(tǒng)的品質(zhì)。電動(dòng)伺服加載是通過(guò)機(jī)械裝置和加載裝置連接而實(shí)現(xiàn)力矩的加載，由于系統(tǒng)本身存在摩擦、間隙以及彈性變形等非線性因素［1］，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生多余力矩。

在提高電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)的定位精度及抑制多余力矩方面，傳統(tǒng)的單核DSP控制方案難以實(shí)現(xiàn)多電機(jī)系統(tǒng)的位置伺服控制［2］，而且對(duì)于運(yùn)算結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜的底層信號(hào)處理來(lái)說(shuō)，適合用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)［3］。

文中正是充分利用兩者的優(yōu)勢(shì)，將其集成在一起作為電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)的硬件控制模塊，其最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活、抗干擾能力強(qiáng)。

針對(duì)某火箭炮隨動(dòng)系統(tǒng)高精度角位置測(cè)量及實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求，文獻(xiàn)［4-6］介紹了基于AD2S83獨(dú)立的角位置測(cè)量模塊，也實(shí)現(xiàn)了角位置測(cè)量的輸出，但由于信號(hào)處理電路與旋轉(zhuǎn)變壓器分離，容易造成信號(hào)干擾，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試與檢修帶來(lái)不便。目前大部分的角位置測(cè)量系統(tǒng)，使用之前要進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，鑒于現(xiàn)有軸角測(cè)量系統(tǒng)的不足，文中以DSP和AD2S83芯片設(shè)計(jì)的角位置校準(zhǔn)與檢測(cè)集成模塊，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)零位校準(zhǔn)以及對(duì)角位置實(shí)時(shí)測(cè)量。

文中伺服加載系統(tǒng)的承載對(duì)象為永磁同步電機(jī)（PMSM），與傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)相比，PMSM具有重量體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)子無(wú)發(fā)熱等特點(diǎn)［7］。

1 電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

某火箭炮伺服加載系統(tǒng)主要包括DSP+FPGA的集成硬件控制模塊、智能功率模塊（intelligent power module，IPM）、旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器（resolver to digital converter，RDC）模塊及高低機(jī)的驅(qū)動(dòng)原件（PMSM1）、方向機(jī)的驅(qū)動(dòng)原件（PMSM2），如圖1所示。

圖1 某火箭炮伺服加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure diagram of a launcher′s servo loading system

本系統(tǒng)首先根據(jù)工控機(jī)指定的目標(biāo)值，計(jì)算出1個(gè)輸入電壓值，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)DSP+FPGA集成控制模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，被送入IPM中進(jìn)行信號(hào)放大和調(diào)理，控制著絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)而控制承載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，然后調(diào)整火箭炮轉(zhuǎn)塔的高低機(jī)、方向機(jī)的射角，實(shí)現(xiàn)定位的加載。

文中利用霍耳傳感器和A/D采樣模塊構(gòu)成的電流反饋回路測(cè)得承載電機(jī)的電流值；利用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測(cè)儀構(gòu)成的速度反饋回路測(cè)得承載電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩；利用旋轉(zhuǎn)變壓器構(gòu)成的位置反饋回路測(cè)得轉(zhuǎn)塔實(shí)際的定位輸出值。將測(cè)量元件的反饋信號(hào)送回工控機(jī)和集成控制模塊，經(jīng)過(guò)算法處理后，再調(diào)整PMSM1，PMSM2的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。最終，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的定位加載，完成某火箭炮各個(gè)位置情況下多余力矩的模擬。

如文中所述，本系統(tǒng)硬件控制模塊采用DSP-TMS320F28335和FPGA-EP4CE6E22C8為核心的體系結(jié)構(gòu)。

DSP具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力，適合實(shí)現(xiàn)算法控制，為主控制器，主要是RDC解碼模塊數(shù)據(jù)的處理、完成速度和電流反饋數(shù)據(jù)的計(jì)算以及與工控機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。

FPGA具有高度靈活的可配置性和并行邏輯功能［8］，為從控制器，主要是產(chǎn)生PWM控制信號(hào)和獲取速度、電流檢測(cè)值。

2 高低機(jī)、方向機(jī)矢量控制

永磁同步電機(jī)（PMSM）利用永磁體取代電勵(lì)磁系統(tǒng)，減少了加工和裝配費(fèi)用，省去了勵(lì)磁繞組和集電環(huán)，使電機(jī)結(jié)構(gòu)變簡(jiǎn)單。由于無(wú)需勵(lì)磁電流，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度［9］，使其在高性能交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛使用，如火箭炮隨動(dòng)系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)等領(lǐng)域。

2.1 PMSM的數(shù)學(xué)模型

PMSM是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)［10］。使用坐標(biāo)變換將三相繞組等效為兩相靜止交流繞組或兩相旋轉(zhuǎn)直流繞組，變換后系統(tǒng)變量之間得到部分解耦，大大簡(jiǎn)化分析過(guò)程。

本文采用d，q軸數(shù)學(xué)理論模型來(lái)分析PMSM的穩(wěn)態(tài)性能及動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性。

PMSM在d-q坐標(biāo)系下的電壓方程為

PMSM在d-q坐標(biāo)系下的磁鏈方程為

PMSM電磁轉(zhuǎn)矩方程為

忽略摩擦，PMSM運(yùn)動(dòng)方程為

式中：變量isd,isq,usd,usq,Ψsd,Ψsq分別為電機(jī)的定子電流、電壓以及磁鏈在d，q軸上的分量；Lq,Ld分別為電機(jī)的交軸同步電感和直軸同步電感；Lad為直軸電樞反應(yīng)電感；ωr=npΩ,np為電機(jī)極對(duì)數(shù)，Ω為電動(dòng)機(jī)機(jī)械角速度；Rs為電動(dòng)機(jī)定子等效電阻；if為永磁體的等效勵(lì)磁電流，當(dāng)不考慮溫度對(duì)永磁體性能影響時(shí)，其值為一常數(shù)，if=Ψf/Lad,Ψf為永磁體產(chǎn)生的磁鏈，Ψf=e0/ωr,e0為空載反電動(dòng)勢(shì)；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

為了使PMSM的d-q坐標(biāo)系上的方程與電壓空間矢量PWM技術(shù)聯(lián)系起來(lái)，將式（1）、式（2）和式（3）中有關(guān)量寫(xiě)成空間矢量形式，可得：

2.2 PMSM矢量控制系統(tǒng)

矢量控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的問(wèn)題是選取合適的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系［7］，文中采用轉(zhuǎn)子磁極位置定向的方法，在系統(tǒng)參數(shù)不變的情況下，對(duì)d軸和q軸電流的控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制。

如圖2所示，運(yùn)用Clarke變換及其逆變換原理完成三相靜止ABC坐標(biāo)系和兩相靜止α-β坐標(biāo)系之間的變換，運(yùn)用Park變換及其逆變換原理完成兩相靜止α-β坐標(biāo)系和d-q坐標(biāo)系之間的變換。

圖2 PMSM矢量控制坐標(biāo)系圖Fig.2 The coordinate graph of PMSM′s vector control

在完成PMSM數(shù)學(xué)模型建立和矢量控制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，文中采用isd=0的控制策略，圖3給出PMSM的矢量控制結(jié)構(gòu)。isd=0的最大特點(diǎn)在于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流的幅值成正比［9］，便于控制電動(dòng)機(jī)，同時(shí)也作為矢量控制系統(tǒng)中電壓反饋單元的設(shè)計(jì)依據(jù)。

圖3中的所有調(diào)節(jié)器及電壓前饋單元都以軟件實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)PMSM的全數(shù)字矢量控制。

圖3 PMSM矢量控制結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The structure diagram of PMSM′s vector control

3 DSP功能實(shí)現(xiàn)

文中在對(duì)PMSM建模和矢量控制時(shí)，其過(guò)程伴隨著大量的信號(hào)處理、信息傳遞，這就要求集成控制器中DSP模塊能在很短的時(shí)間內(nèi)完成大量的運(yùn)算，同時(shí)為確保某火箭炮承載電機(jī)角位置的精確測(cè)量與在線監(jiān)控。本系統(tǒng)DSP的功能實(shí)現(xiàn)主要包括DSP功能設(shè)計(jì)和DSP與AD2S83組成的角位置校準(zhǔn)與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.1 DSP功能設(shè)計(jì)

TI公司的TMS320F28335是專門(mén)設(shè)計(jì)的電機(jī)控制類處理器，配有浮點(diǎn)處理單元，具有計(jì)算能力強(qiáng)、外設(shè)功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)［11］，在集成控制器承擔(dān)著大量數(shù)據(jù)的處理。本系統(tǒng)中高低機(jī)、方向機(jī)的電流環(huán)和速度環(huán)應(yīng)用增量式數(shù)字PI控制，公式如下：

式中：u(k)為當(dāng)前時(shí)刻輸出；u(k-1)為前一時(shí)刻輸出；e(k)為當(dāng)前時(shí)刻偏差；e(k-1)為前一時(shí)刻偏差；KP為比例系數(shù)；KI為積分系數(shù)。

在進(jìn)行控制算法處理的同時(shí)，DSP運(yùn)行其控制程序。完整的控制程序主要包括主程序和中斷服務(wù)程序2部分，圖4和圖5分別給出了主程序和中斷服務(wù)程序的流程圖。

圖4 主程序流程圖Fig.4 The flow chart of main program

圖5 中斷服務(wù)程序流程圖Fig.5 The flow chart of interrupt service program

高低機(jī)、方向機(jī)的位置指令可以獨(dú)立輸入，也可以給出協(xié)同關(guān)系，由中斷服務(wù)程序中的同步模塊進(jìn)行處理，非常方便。

3.2 角位置校準(zhǔn)與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

角位置校準(zhǔn)和檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

選取旋轉(zhuǎn)變壓器作為角位置傳感器，承載電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)可變傳動(dòng)裝置與其聯(lián)接，完成角位置模擬信號(hào)的采集，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊將激勵(lì)信號(hào)源的參考信號(hào)和旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正余弦信號(hào)調(diào)理到RDC模塊的工作范圍內(nèi)；利用RDC模塊中AD2S83芯片對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬位置信號(hào)進(jìn)行解算，完成模擬信號(hào)與控制系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，限于篇幅，AD2S83芯片外圍詳細(xì)電路及電阻、電容的參數(shù)計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)［12］?？刂颇K采用DSP-TMS320F28335芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理后顯示、存儲(chǔ)并通過(guò)CAN總線完成各個(gè)檢測(cè)單元和上位機(jī)之間的通訊，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)零位校準(zhǔn)以及對(duì)角位置的實(shí)時(shí)測(cè)量。

圖6 角位置校準(zhǔn)和檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 The structure diagram of angular position calibration and detection system

圖6中的信號(hào)調(diào)理電路由分壓保護(hù)電路、電壓跟隨器和隔離緩沖電路3部分組成。分壓保護(hù)電路由電位計(jì)實(shí)現(xiàn)，使輸入值不大于AD2S83的耐壓值，避免因調(diào)節(jié)失誤造成AD2S83的永久損壞；電壓跟隨器保證信號(hào)調(diào)理電路的驅(qū)動(dòng)能力，由LM358設(shè)計(jì)而成；隔離緩沖電路具有抑制共模干擾的能力，完成旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。圖7為信號(hào)調(diào)理電路圖。

圖7 信號(hào)調(diào)理電路圖Fig.7 The circuit diagram of signal conditioning

4 DSP與FPGA的通信設(shè)計(jì)

F28335的XINTF模塊具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)收發(fā)能力［13］，將其作為與FPGA內(nèi)部集成RAM模塊的通信接口。文中通信接口拓展了FLASH和SRAM，F(xiàn)LASH用于DSP程序加載，SRAM用作程序運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)速等信息以便后期對(duì)系統(tǒng)參數(shù)分析、調(diào)試。

5 FPGA功能實(shí)現(xiàn)

結(jié)合模塊化集中設(shè)計(jì)思想對(duì)FPGA進(jìn)行設(shè)計(jì)?？s短了開(kāi)發(fā)周期，便于查尋問(wèn)題、修改配置與功能升級(jí)。結(jié)合FPGA所承擔(dān)的功能，劃分了PWM產(chǎn)生模塊、A/D控制模塊、速度測(cè)量模塊，如圖8所示。

圖8 FPGA功能模塊圖Fig.8 The function module diagram of FPGA

5.1PWM產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì)

文中采用計(jì)數(shù)比較寄存器（CTR）和比較寄存器（CMP）的增減計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)PWM波的產(chǎn)生，圖9是產(chǎn)生PWM信號(hào)的模塊圖。為了防止H型功率橋電路上、下橋臂同時(shí)導(dǎo)通造成器件損壞的現(xiàn)象發(fā)生，需要加入死區(qū)控制。死區(qū)時(shí)間由死區(qū)寄存器決定。

圖9 產(chǎn)生PWM信號(hào)的模塊圖Fig.9 The module diagram of generating PWM signal

利用Quartus II 13.0對(duì)某火箭炮高低機(jī)驅(qū)動(dòng)原件（PMSM1）的PWM產(chǎn)生模塊進(jìn)行仿真，波形如圖10所示。

圖10 PWM信號(hào)仿真波形Fig.10 The simulation waveforms of PWM signal

5.2 A/D采樣模塊的設(shè)計(jì)

A/D采樣模塊的設(shè)計(jì)由有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7714與霍耳傳感器LV28-P實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓反饋信號(hào)的采樣，使用∑-Δ技術(shù)及采用分時(shí)復(fù)用的方法實(shí)現(xiàn)高速24位精度的代碼轉(zhuǎn)換。

有限狀態(tài)機(jī)如圖11所示的轉(zhuǎn)換過(guò)程，A/D模塊置于開(kāi)始狀態(tài)；等待DSP周期中斷觸發(fā)信號(hào)的產(chǎn)生；A/D采樣模塊開(kāi)始轉(zhuǎn)換；FPGA等待A/D模塊轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，然后讀取通道1和通道2的電流反饋值，最后產(chǎn)生轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志給DSP。

圖11 A/D采樣模塊狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換圖Fig.11 The state machine transition diagram of A/D sampling module

5.3 速度測(cè)量模塊設(shè)計(jì)

文中某火炮電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)的PMSM轉(zhuǎn)速極高，適合用T法測(cè)速進(jìn)行的速度測(cè)量［14-15］，相應(yīng)的FPGA中的速度測(cè)量算法也采用T法測(cè)速。FPGA接受來(lái)自轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的脈沖，經(jīng)過(guò)自身速度測(cè)量模塊得到32位的轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)值，通過(guò)XINTF接口作為DSP周期中斷使能信號(hào)。

T法測(cè)量轉(zhuǎn)速的公式為

式中：n為PMSM的轉(zhuǎn)速，r/min；NT為單位采樣周期的脈沖計(jì)數(shù)值；Z為PMSM旋轉(zhuǎn)1圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)。

6 實(shí)驗(yàn)仿真及結(jié)果

文中在完成DSP+FPGA集成硬件模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，搭建某火炮電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)。

選擇美國(guó)科爾摩根（KOLLMORGEN）的某型PMSM作為系統(tǒng)中的承載電機(jī)，其額定功率2.8kW，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，最大轉(zhuǎn)速6800r/min，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩2.8 N·m，啟動(dòng)電流/額定電流6.4A，額定轉(zhuǎn)矩13.9 N·m，最大轉(zhuǎn)矩35.3 N·m，最大電流40A，轉(zhuǎn)子慣量0.004 41 kg·m2。

如前文所述，火箭炮作戰(zhàn)環(huán)境復(fù)雜，這就要求承載電機(jī)有較大的頻率和幅值范圍，文中以此選擇正弦方式加載。理想力矩的頻率為1 Hz，幅值為0～14 N·m的正弦信號(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盤(pán)數(shù)目為2。加載電機(jī)力矩輸入信號(hào)為T(mén)r=10sin(2π·t)時(shí)，采用常規(guī)自適應(yīng)PI控制，正弦響應(yīng)特性及誤差曲線分別如圖12和圖13所示。

圖12 常規(guī)自適應(yīng)PI控制的10 N·m正弦跟蹤圖Fig.12 The 10 N·m sine tracking chart of conventional adaptive PI control

圖13 常規(guī)自適應(yīng)PI控制的10 N·m誤差圖Fig.13 The 10 N·m error chart of conventional adaptive PI control

輸出結(jié)果經(jīng)過(guò)FFT分析可得，文中伺服加載系統(tǒng)的實(shí)際力矩輸出誤差為1.54%，相位滯后1.25°，表明系統(tǒng)力矩動(dòng)態(tài)性能好、精度高，符合性能指標(biāo)要求。

在驗(yàn)證控制器頻率特性時(shí)，給定加載輸入信號(hào)為T(mén)r=5sin(10π·t)，對(duì)應(yīng)加載頻率為5 Hz，其常規(guī)自適應(yīng)PI控制對(duì)應(yīng)的正弦跟蹤如圖14所示。在加載信號(hào)的幅值為10.0 N·m，頻率為5 Hz時(shí)，平均幅值差是3.17%，平均相位差是2.42°，均滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

圖14 常規(guī)自適應(yīng)PI控制的5 Hz正弦跟蹤圖Fig.14 The 5 Hz sine tracking chart of conventional adaptive PI control

為測(cè)試文中軸角檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，旋轉(zhuǎn)變壓器選用某所正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器36XZ015（激磁電壓36 V，頻率400 Hz，開(kāi)路輸入阻抗1 000 Ω），與之配套使用的激勵(lì)電源是某所的J20S24C36MC，激勵(lì)電源同時(shí)也為RDC解碼芯片AD2S83提供參考信號(hào)。

其技術(shù)指標(biāo)如下：分辨率12～16位（軟件實(shí)現(xiàn)）；測(cè)角范圍0～90°；測(cè)角分辨率360°/216；精度±1.5 mil；供電電源+24V；工作環(huán)境溫度-40～85℃；最大跟蹤速度16 r/s。圖15給出了角位置校準(zhǔn)與檢測(cè)系統(tǒng)在常規(guī)PID控制下等速跟蹤測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差統(tǒng)計(jì)。

圖15 誤差跟蹤曲線Fig.15 The curve of error tracking

通過(guò)對(duì)圖15分析可知，文中檢測(cè)系統(tǒng)在16位分辨率時(shí)輸出值與機(jī)械平臺(tái)給定值之間差值在±1.5 mil之內(nèi)，系統(tǒng)16位分辨率時(shí)理想精度為0.092 mil。考慮到旋轉(zhuǎn)變壓器與變比傳動(dòng)裝置配合同軸度誤差，及因減速箱存在引入的齒輪間隙誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)論間接驗(yàn)證文中的角位置校準(zhǔn)與檢測(cè)系統(tǒng)具有較高的測(cè)量精度。

7 結(jié)論

本文提出了一種基于DSP+FPGA+專用集成芯片的某火箭炮電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用模塊化集中設(shè)計(jì)思想完成伺服加載系統(tǒng)的電流、速度、位置三閉環(huán)控制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該伺服加載系統(tǒng)能很好地完成對(duì)高低機(jī)、方向機(jī)的獨(dú)立或者協(xié)同定位控制。

由于該方案集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，測(cè)量精度高，加之FPGA的運(yùn)用，分擔(dān)了DSP的運(yùn)算負(fù)荷，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。在高性能的伺服加載系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，有著大好的應(yīng)用前景和參考價(jià)值。

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Design of Electric Servo Loading System Based on DSP+FPGA

YAO Songpo，CHEN Jilin，LIU Chao，WANG Hui，LI Mingzhou
（School of Mechanical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，Jiangsu，China）

To meet the performance indicators of real-time monitoring，rapid positioning and precision strike in complex combat environment of the rocket servo loading system，a design scheme of high performance electric servo loading system was proposed.In the scheme，the original driver of height machine and direction machine was the permanent magnet synchronous motor and the architecture of DSP and FPGA was adopted for hardware control platform，and the design was combined with the idea of centralized control of modular.In view of the shortcomings of the existing shaft angle detection system，that angular position and detection system designed with DSP and AD2S83 had the advantages of automatic zero position calibration and real time measurement of angular position.The experiment shows that the system is stable and reliable，and high integration，good real-time performance，strong anti-interference ability.

servo loading system；permanent magnet synchronous motor（PMSM）；digital signal processor（DSP）；field programmable gate array（FPGA）

TP275

A

10.19457/j.1001-2095.20170602

2016-05-20

修改稿日期：2016-09-10

南京理工大學(xué)科研創(chuàng)新計(jì)劃（AE91316）

姚松坡（1990-），男，碩士研究生，Email：Ysongpo@163.com