CN107463125A - 一种基于新型原理的新型伺服驱控装置 - Google Patents

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朱清川
程琦
茹锋
王勇
郭雅丽
汪玲
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Abstract

一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，包括有DSP处理器、FPGA处理器和上位机；DSP处理器的输入端设有UART通信接口一；DSP处理器的输出端通过数据总线与FPGA 系统中的逻辑处理器相连；逻辑处理器通过三相逆变器与电机相连；电机的测速端通过光电测速器与上位机中的单片机PT7接口相连，单片机的RS232通讯接口一与触摸屏的RS232通讯接口二相连，单片机的UART通信接口二与UART通信接口一相连；DSP处理器内嵌伺服控制算法，接收上位机控制信号，解析控制指令；FPGA 系统解析 DSP处理器处理后给出的参考电压做逻辑处理产生对应 PWM 波，经三相逆变器实现电机控制；上位机通过触摸屏实现电机特征参数输入和运行状态信息显示以及控制命令的发送；具有工程实现简便、输入带宽大、跟踪精度高的特点。

Description

一种基于新型原理的新型伺服驱控装置
技术领域
本发明属于先进制造技术设备领域，具体涉及一种基于新型原理的新型伺服驱控装置。
背景技术
精度是伺服控制系统品质的重要指标之一，提高伺服控制系统精度一直是自控理论和控制工程研究的热点课题。现行伺服控制策略中，解决这一问题较好、较普遍的方法是采用基于前馈—反馈模式的复合控制。而前馈—反馈控制为核心的伺服控制方法对系统有严格要求，系统实现环节众多，结构较为复杂，实现高精度伺服控制的前提是要求系统干扰可测且系统模型可知，针对随机干扰不可测、系统模型不可知或系统存在非线性时，这一方法就很难保证高精度要求。另外，由于反馈系统稳定性条件的限制，调频带宽与高精度难以同时满足，存在着相互制约、相互矛盾的关系，这种模式难以从数量级上使伺服系统跟踪精度得到大范围提升，成为技术上的“瓶颈”。
发明内容
针对现有伺服控制系统存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，具有工程实现简便、输入带宽大、跟踪精度高的特点。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，包括有DSP处理器、FPGA处理器和上位机； DSP处理器的输入端设有UART通信接口一；DSP处理器的输出端通过数据总线与FPGA 系统中的逻辑处理器相连；逻辑处理器通过三相逆变器与电机相连；电机的测速端通过光电测速器与上位机中的单片机PT7接口相连，单片机的RS232通讯接口一与触摸屏的RS232通讯接口二相连，单片机的UART通信接口二与UART通信接口一相连。
所述的单片机的型号采用MC9S12XDT256。
所述的触摸屏型号采用采用MT6070iH2。
所述的DSP处理器的型号采用TMS320F2812。
所述的电机还与目标跟踪CCD相连。
所述的触摸屏还与设有参数输入口、启动按钮、停止按钮、运行状态显示窗口。
本发明的有益效果是：
对多通道迭代结构的伺服系统模型进行抗干扰能力研究和系统带宽测试综合分析；设计了DSP + FPGA +上位机的新型伺服控制系统样机。 DSP处理器内嵌伺服控制算法，接收上位机控制信号，解析控制指令；FPGA 系统解析 DSP处理器处理后给出的参考电压做逻辑处理产生对应多通道 PWM 波，经三相逆变器实现电机控制；上位机通过触摸屏实现电机特征参数输入和运行状态信息显示以及控制命令的发送，其结构见图2。
通过仿真实验，本发明是有效可行的，系统能够快速跟随给定输入实现高精度快速跟踪。
附图说明
图1是本发明的多通道迭代控制过程示意图。
图2是本发明的总体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图2，一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，包括有DSP处理器1、FPGA处理器2和上位机3；其特征在于，DSP处理器的输入端设有UART通信接口一4；DSP处理器的输出端通过数据总线5与FPGA 系统中的逻辑处理器6相连；逻辑处理器通过三相逆变器7与电机8相连；电机的测速端通过光电测速器9与上位机中的单片机PT7接口10相连，单片机14的RS232通讯接口一11与触摸屏12的RS232通讯接口二相连，单片机的UART通信接口二13与UART通信接口一16相连。
所述的单片机的型号采用MC9S12XDT256。
所述的触摸屏型号采用采用MT6070iH2。
所述的DSP处理器的型号采用TMS320F2812。
所述的电机还与目标跟踪CCD相连。
所述的触摸屏12还与设有参数输入口17、启动按钮18、停止按钮19、运行状态显示窗口20。
DSP处理器内嵌伺服控制算法，接收上位机控制信号，解析控制指令； FPGA 系统解析 DSP处理器处理后给出的参考电压做逻辑处理产生对应 PWM 波，经三相逆变器实现电机控制；上位机通过触摸屏实现电机特征参数输入和运行状态信息显示以及控制命令的发送。
所述的伺服控制算法是基于系统偏差泰勒展开式所形成的多通道迭代结构的实现，即用泰勒展开的多项式相加迭代值逼近系统偏差，使得多项式中每项对应于多通道迭代结构中的各通道，即多项式的项数等于通道数，如此便可将系统偏差在多个通道中得到补偿，最终使迭代输出值严格逼近系统给定量，从而实现高精度伺服跟踪。
所述的 DSP 子系统搭载新型高精度伺服控制算法，发挥 DSP 芯片快速数据处理的长处，完成控制算法的实现和上位机、 FPGA 模块的数据通讯任务。
所述的 FPGA 子系统将 DSP 的算法指令转化为多通道迭代的电机控制逻辑，产生相应 PWM 波，通过功率驱动器实现对电机的实时调节。
所述的上位机通过 MT6070iH2 触摸屏实现人机交互，完成电机固定参数输入、电机运行状态信息显示、操作模式转换和电机启停控制等功能。
参见图1，多通道迭代控制方法结构图，为系统的给定输入，为系统随动输出，为通道处理偏差，为第一通道处理函数，为通道误差传递函数，为迭代求和值。如图所示，每一回路都是一个单位负反馈的闭环系统，构成近似多项式中的每一项，每一通道的输入为前一回路的误差，越靠后的通道对误差的补偿值将越来越小，构成系统偏差补偿的精通道。随着通道数的增加，即：精通道补偿的增加可使系统误差精度得到数量级的提升。类似于多项式各项间无累加影响，各迭代通道之间无交叉影响，在多通道迭代结构中各通道系统相互独立，组建的系统整体抗干扰能力得到大范围提升，即使某一通道补偿失效，在其它通道中依然会得到补偿。整个系统的特征多项式由所有回路的特征多项式生成，这就意味着，其根在复平面相互重叠，在这一情况下，为了保证多通道系统的稳定性，则要充分保证每个回路的特性方程的复数解不存在正作用部分。这样可使得装置的无差阶数等于回路无差阶数之和，因而此系统可以保证无差充足的阶数。
参见图2，本发明的伺服驱控装置由 DSP处理器、FPGA 处理器和上位机三部分组成，充分利用微控制器自身优势，搭建样机平台。其中，DSP处理器搭载新型高精度伺服控制算法，发挥 DSP处理器快速数据处理的长处，完成控制算法的实现和上位机数据通讯任务；FPGA处理器产生电机控制逻辑，产生相应 PWM 波，通过功率驱动器实现对电机实现控制；上位机通过 MT6070i H2 触摸屏实现人机交互，完成电机固定参数输入、电机运行状态信息显示、操作模式转换和电机启停控制等功能。
程序流程为：首先判断上位机数据包传送完整性，若数据包错误，帧头和帧尾错误，则返回继续等待上位机指令；当解析上位机指令正确，发现有电机结构化参数输入，且与上次参数不一致时，则需为每一通道构建新的通道处理函数，然后再进入迭代子程序处理；若发现电机参数与上次参数一致，则直接进入迭代子程序。参数解析后，发现有直接的控制命令，则需要继续解析具体指令内容，如：启动、低速、全速、恒速和停止，然后将相应的参考电压值送入 FPGA 系统。

Claims (6)

1. 一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，包括有DSP处理器（1）、FPGA处理器（2）和上位机（3）；其特征在于，DSP处理器的输入端设有UART通信接口一（4）；DSP处理器的输出端通过数据总线（5）与FPGA 系统中的逻辑处理器（6）相连；逻辑处理器通过三相逆变器（7）与电机（8）相连；电机的测速端通过光电测速器（9）与上位机中的单片机PT7接口（10）相连，单片机（14）的RS232通讯接口一（11）与触摸屏（12）的RS232通讯接口二相连，单片机的UART通信接口二（13）与UART通信接口一（16）相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，其特征在于，所述的单片机的型号采用MC9S12XDT256。
3.根据权利要求1所述的一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，其特征在于，所述的触摸屏型号采用采用MT6070iH2。
4.根据权利要求1所述的一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，其特征在于，所述的DSP处理器的型号采用TMS320F2812。
5.根据权利要求1所述的一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，其特征在于，所述的电机还与目标跟踪CCD相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于新型原理的新型伺服驱控装置，其特征在于，所述的触摸屏（12）还与设有参数输入口（17）、启动按钮（18）、停止按钮、（19）、运行状态显示窗口（20）。
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