基于ARM926的伺服电机控制

2019-01-03张玲玲

电子制作 2018年24期

张玲玲

（郴州职业技术学院，湖南郴州，423000）

0 引言

伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

本文介绍了基于ARM的伺服电机控制系统的设计，该控制系统采用ARM926为控制核心，采用脉冲控制方式控制伺服电机的转速，可以实现电机0-5000转/分钟的任意转速，控制电机转动方向，且控制精度高，响应速度快。

1 系统设计

该伺服电机控制系统以ARM926为核心，同时还有触摸屏，LCD显示、 RS485通信电路、伺服电机驱动电路、伺服电机、传动系统等结构组成。如图1所示，其中电机系统包括高速伺服电机，电机最高转速5000转/分钟，功率400W。触摸屏显示控制单元包括RS232、RS485、以太网、USB、编码器、触摸屏这些功能模块组成的，伺服电机的控制可以通过6.5寸触摸屏输入，发送命令给控制器，控制电机的运转。

2 电路及原理

2.1 主芯片介绍

本系统所用CPU是德国赫优讯（Hilscher）自动化系统有限公司生产的netX500，其内部包含了：ARM926EJ-S/200MHz中央处理器；集成了32KB的ROM、144KB的RAM；并有可扩展的外部总线供使用；2路集成了PHY的实时以太网；3路串行通信接口；1路USB V1.1(Host或Device)；2路可配置现场总线接口；LCD接口（支持640×480）；JTAG；共计8通道模数转换；3路PWM输出。主芯片系统框图如图2所示。

图1 系统框图

其中CPU的外接晶振为25MHz，内部PLL电路会产生200MHz频率给ARM926。CPU的供电为1.5VDC和3.3VDC。

2.2 显示功能部分

显示部分主要是采用6.5寸的LCD，使用4线制的电阻触摸屏，输入电源为12VDC。显示部分的应用软件采用QT4.7开发，可以根据具体要求订制界面，控制通信协议等。

图2 主芯片系统框图

2.3 电机控制电路

现有的伺服电机的控制方式有脉冲控制、模拟信号控制两种比较常用的控制方式，模拟信号控制方式对于速度变化不确定，而且在精度要求很高的场合缺乏灵活性。故本设计采用脉冲控制的方式，如图3所示。

图3 电机控制电路

电机的频率信号由MCU的PWM_IN引脚输出,U7（AM26LS31C）的第一脚输入，然后通过U7芯片的2脚与3脚输出PWM1、PWM2两路差分信号输入到伺服电机的控制器中控制电机转动速度。电机转动方向的控制信号由MCU输出的DIR信号到U7的第7脚输入，根据需要选用DIR1或者DIR2来控制电机的转动方向。电机信号的反馈脉冲，由电机控制器采集的来自电机的脉冲信号FBACKOUT输出到控制电路的U8，可以根据需要采用FRBACK1或者FRBACK2来监控电机的运行状态。