基于DSP的电机同步控制系统
2015-04-05宋少鹏
宋少鹏
（郑州飞机装备有限责任公司预研室，河南 郑州 450005）
在一个位置控制系统中，需要两台电机同步工作。由于电机在设计制造过程中有一定的误差累积，因此其转速有一定的误差，因此两台电机协同工作时，累积的误差反映到实际工况中，会导致位置误差过大，以至于影响系统正常工作，因此需要根据误差情况对电机进行实时调整，使其满足系统性能需求。
本文介绍了一种基于DSP的电机同步控制系统，电机输出轴通过减速器连接到编码器，编码器实时采集电机的位置信息，DSP根据两台电机位置误差对电机的转速进行调整，使其满足系统要求。
1 控制系统硬件设计
整个控制系统主要由DSP控制板和编码器组成。DSP控制板主要由电源电路、DSP基本电路和CAN总线接口电路组成。
电源电路将外界提供电源转换为系统所需的电源，如图1所示。系统提供28V直流电源，经SFJLC-46181-3AW滤波供编码器和进一步转化，TDPAA28S5W10是隔离的DC-DC变换器，将28V转化为5V供系统电路和CAN总线使用，TPS767D318把5V电源转化为3.3V供DSPI/O使用，转化为1.8V供DSP内核使用［1-2］。
图1 电源变换电路
DSP基本电路如图2所示，采用SMJ320F2812HFGM150作为处理核心。SMJ320F2812HFGM150是高性能的32位定点数字信号处理器，主时钟最高工作频率可达150MHz，单周期指令执行时间6.67ns。该电路集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域的应用提供了良好的平台。
图2 DSP基本电路
CAN总线接口电路如图3所示，主要由总线控制器电路、收发器电路、隔离电路、外围电路等组成。
CAN总线控制器采用SJA1000芯片，其内部分为接口管理模块、发送缓冲器、接收缓冲器、验收滤波器、位流处理器、位时序逻辑、错误管理逻辑等子模块。通过各模块的配合实现在CPU和外围CAN网络之间控制的功能，实现物理层和数据链路层的功能。
CAN总线收发器采用PCA82C250，作为CAN协议控制器和物理总线之间的接口，实现CAN总线控制器不同终端的通信，提供对总线的差分接收功能和差分发送功能。
电路进行抗干扰设计，SJA1000和PCA82C250之间采用6N137高速光耦实现信号的隔离。CANH和CANL之间采用CMW3216绕线片式共模电感进行隔离，在适当位置加匹配电阻和电容［3］。
图3 CAN总线接口电路
本系统采用德国倍加福公司生产的CSM36M-F4AB DA0BN-1213型编码器，如图4所示。这是一款采用电磁式码盘扫描技术的绝对值编码器。不受对光电扫描不利因素（冲击、振动、灰尘、湿气等）的影响，体积小，产品性价比高。
绝对值编码器为每个轴的位置提供一个独一无二的编码位置值，这款绝对值编码器通过CAN总线接口与主机进行通信，传输速率最大为1MBit/s，分辨率单圈13位，圈数12位，完全满足系统要求。
图4 CSM36M-F4ABDA0BN-1213型编码器
2 控制系统软件设计
DSP软件设计包括初始化程序、CAN总线通讯程序、数据计算处理程序、电机控制程序。
主程序流程图如图5所示。
图5 主程序流程图
其中CAN总线通讯程序主要由初始化函数、发送函数和接收函数组成，流程图如图6所示。其中发送函数为写主动发送函数，接收函数采用中断接收［4］。
2.1 SJA1000寄存器初始化配置顺序
①进入复位模式，进行配置。②配置时钟分频寄存器，决定Peil模式还是Basic模式。③配置总线定时寄存器，确定波特率。④配置中断使能寄存器，决定使用哪几个中断。⑤配置输出控制寄存器。⑥配置验收码和屏蔽码，决定接收哪一类节点的数据。⑦退出复位模式，进入正常工作模式。
2.2 发送数据顺序
①查询状态寄存器，判断是否正在接收，是否正在发送，是否数据缓冲区被锁。②配置发送缓冲区。③配置命令寄存器，启动发送。
2.3 接收数据顺序
图6 CAN总线通讯程序流程图
①采用中断接收，关CPU中断。②判断是不是接收中断。③判断是远程帧还是数据帧。④读取数据。⑤开中断。
3 结语
本系统通过实时监测电机的运行状态，不断修正两个电机的运行速度，经过验证，整个系统的控制精度达到0.5mm，而且此控制系统工作稳定，抗干扰能力强，完全能满足性能要求。
［1］尹明，王杰.基于CAN总线嵌入式数字控制系统的设计［J］.制造业自动化，2010（2）：12-15.
［2］曾敏，杨九铭，张泉宏.基于DSP的直流变频控制系统研究［J］.电力电子技术，2005（6）：56-59.
［3］苏奎峰，吕强，耿庆锋.TMS320F2812原理与开发［M］.北京:电子工业出版社，2006.
［4］王瑾.基于DSP和CAN总线的步进电机控制系统研究［J］.电子测量技术，2009（1）：68-72.
