【正文】 pi，另外，還集成了一個(gè)事件管理模塊 evm。本方案中采用了 3個(gè)不同電機(jī)，分別是伺服直流電機(jī)、伺服交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。 通過 PC機(jī)對(duì)多個(gè) DSP的主從控制來實(shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)的運(yùn)行，可以進(jìn)一步擴(kuò)展到對(duì)一整個(gè)生產(chǎn)線的主從控制，本課題的創(chuàng)新點(diǎn)在于對(duì) DSP控制伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)有一個(gè)較為完善的測(cè)試和監(jiān)控，能夠?qū)崟r(shí)的控制輸入信號(hào)，達(dá)到最理想的狀態(tài)。用 DSP 這種全數(shù)字化的來進(jìn)行控制能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，并且在其控制優(yōu)與其他控制方式。 本課題的研究意義 基于 DSP 對(duì)伺服系統(tǒng)的控制，在本課題中，采用三個(gè) DSP 分別控制一個(gè) 步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)伺服直流電機(jī)，一個(gè)交流伺服電機(jī)，可以通過一臺(tái)主機(jī)來控制三個(gè) DSP 進(jìn)而控制 3 個(gè)不同的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)控制操作，在實(shí)際生產(chǎn)中可用于流水線生產(chǎn)，不 節(jié)約了很多的條件，還可以提高生產(chǎn)的效率。同樣的當(dāng)從機(jī)要向主機(jī)發(fā)送先進(jìn)時(shí)也要進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，進(jìn)行從機(jī)與主機(jī)之間的通信后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。在主從控制系統(tǒng)中，主機(jī)要與各個(gè)從機(jī)進(jìn)行通信，因此首先必須解決從機(jī)識(shí)別這個(gè)問題，這屬于通信協(xié)議的范疇。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足 運(yùn)動(dòng)控制 的要求，近年來隨著微處理器、新型 數(shù)字信號(hào)處理器 （ DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由 軟件 進(jìn)行。最基本的伺服系統(tǒng)包括伺服執(zhí)行元件（ 電機(jī) 、液壓缸等）、反饋元件和 伺服驅(qū)動(dòng)器 ，但是要讓這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來還需要一個(gè)上位機(jī)構(gòu) 。此外，也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度，例如將測(cè)量元件（如自整角機(jī)）的測(cè)量軸通過減速器與轉(zhuǎn)軸相連，使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大，來提高相對(duì)測(cè)量精度。一般伺服系統(tǒng)的帶寬小于 15赫，大型設(shè)備伺服系統(tǒng)的帶寬則在 1～ 2 赫 以下。頻帶寬度簡(jiǎn)稱帶寬，由系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性來規(guī)定，反映伺服系統(tǒng)的跟蹤的快速性?；鹋诳刂坪痛婵刂凭褪堑湫偷睦?。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械 4 位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng) ， 其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。設(shè)計(jì)者可以在 FPGA 中集成一個(gè)或多個(gè) Turbo 內(nèi)核，它支持多路大數(shù)據(jù)流，以滿足第三代 (3G)WCDMA 無線基站和手機(jī)的需要，同時(shí)大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間，使功能的增加或性能的改善非常容易。它和 DSP 集成在一塊芯片上，可實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)處理，大大提高信號(hào)處理速度。 1999 年，約 39%的 SOC 產(chǎn)品應(yīng)用于通訊系統(tǒng)。 DSP 和 SOC 的融合 ：SOC(SystemOnChip)是指把一個(gè)系統(tǒng)集成在一塊芯片上。互聯(lián)網(wǎng)和多媒體的應(yīng)用需要將進(jìn)一步加速這一融合過程 。而 DSP 的功能正好與之相反。 21 世紀(jì) DSP 發(fā)展進(jìn)入第三個(gè)階段，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈， TI 及時(shí)調(diào)整DSP 發(fā)展戰(zhàn)略全局規(guī)劃，并以全面的產(chǎn)品規(guī)劃和完善的解決方案，加之全新的開發(fā)理念，深化產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 TI 首家提供可定制 DSP—— cDSP， cDSP 基于內(nèi)核 DSP的設(shè)計(jì)可使 DSP 具有更高的系統(tǒng)集成度，大加速了產(chǎn)品的上市時(shí)間。方進(jìn)先生在一篇文章中提到，新興的 DSP 業(yè)務(wù)同時(shí)也承擔(dān)著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，究竟向哪里拓展是生死攸關(guān)的問題。隨著這個(gè)時(shí)代的成熟， DSP進(jìn)入了發(fā)展的第二階段，在這個(gè)階段， DSP代表數(shù)字信號(hào)處理器，這些 DSP器件使我們生活的許多方面都發(fā)生了巨大的變化。 90 年代 DSP 發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代 DSP 器件。這種 DSP 器件采用微米工藝 NMOS 技術(shù)制 作，雖功耗和尺寸稍大，但運(yùn)算速度卻比MPU 快了幾十倍，尤其在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。但 MPU較低的處理速度無法滿足高速實(shí)時(shí)的要求。 DSP 是在模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器，其處理速度比最快的 CPU 還快 10～ 50 倍。通過以試驗(yàn)臺(tái)的形式將選用的電子元件連接起來，構(gòu)成較為直觀的主從系統(tǒng)，在其中加入反饋系統(tǒng)使得整個(gè)主從控制更加完善。 DSP技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。 I 摘 要 信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化。 DSP 可以代表數(shù)字信號(hào)處理器（ Digital Signal Processor），也可以代表數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（ Digital Signal Processing），后者是理論上的技術(shù)，要通過前者變成實(shí)際產(chǎn)品。在這個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中元件之間的連線是主要的任務(wù)，通過對(duì)信號(hào)的輸入輸出，來確定各器件之間如何的連接，同樣對(duì)軟件也有一些應(yīng)用。在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下， DSP 己成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品 等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。因此， 70 年代有人提出了 DSP 的理論和算法基礎(chǔ)。 DSP 芯片的問世標(biāo)志著 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進(jìn)了一大步?，F(xiàn)在的 DSP屬于第五代產(chǎn)品，它與第四 代相比，系統(tǒng)集成度更高，將 DSP 芯核及外圍組件綜合集成在單一芯片上。接下來又催生了第三階段，這是一個(gè)賦能(enablement)的時(shí)期，我們將看到 DSP 理 論和 DSP 架構(gòu)都被嵌入到 SoC 類產(chǎn)品中。當(dāng)設(shè)計(jì)師努力使 DSP 處理器每 MIPS 成本降到了適合于商用的低于 10美元范圍時(shí)， DSP 在軍事、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中不斷獲得成功。同時(shí)， TI瞄準(zhǔn) DSP 電子市場(chǎng)上成長(zhǎng)速度最快的領(lǐng)域。成就這一進(jìn)展的前提就是 DSP 每 MIPS 價(jià)格目標(biāo)已設(shè)定為幾個(gè)美分或更低。在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號(hào)處理兩種功能，如數(shù)字蜂窩電話就需要監(jiān)測(cè)和聲音處理功能。 DSP 和高檔 CPU 的融合 ： 大多數(shù)高檔GPP 如 Pentium 和 PowerPC 都是 SIMD指令組的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，速度很快。這個(gè)系統(tǒng)包括DSP 和系 統(tǒng)接口軟件等。今后幾年， SOC將以每年 31%的平均速度增長(zhǎng)，到 2021 年將達(dá)到 13 億片。據(jù)報(bào)道， Xilinx 公司的 VirtexII FPGA 對(duì)快速傅立葉變換 (FFT)的處理可提高 30倍以上。因此在無線通信、多媒體等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛應(yīng)用。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。 ② 在沒有機(jī)械連接的情況下，由輸入軸控制位于遠(yuǎn)處的輸出軸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距同步傳動(dòng)。帶寬越大，快速性越好。自 20世紀(jì) 70年代以來，由于發(fā)展了 力矩電機(jī) 及高靈敏度測(cè)速機(jī)，使伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直接驅(qū)動(dòng)，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，使帶寬達(dá)到 50赫，并成功應(yīng)用在遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、精密指揮儀等場(chǎng)所。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測(cè)粗測(cè)系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。 自從 德國(guó) MANNESMANN 的 Rexroth 公司的 Indramat 分部在 1978 年 漢諾威 貿(mào)易博覽會(huì)上正式推出 MAC 永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。 到目前為止，高性能的電伺 服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字 位置伺服系統(tǒng) 。常常采用的方法是地址識(shí)別，即給從機(jī)分別設(shè)定地址信息，方法是在數(shù)據(jù)前加地址字段或者直接在數(shù)據(jù)傳送之前先發(fā)送地址幀，主機(jī)通過不同的地址信息來識(shí)別數(shù)據(jù)源。 PC機(jī)與 DSP 通過多串口卡連接起來，通 過串行口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了再次控制，利用 DSP 來控制伺服電機(jī)可以類似于 PLC控制電機(jī)， DSP相當(dāng)于一個(gè)可控制器，將我們輸入的速度方向等信號(hào)通過 PWM 傳遞給伺服（步進(jìn)）驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。主從控制的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，可以自行設(shè)計(jì)控制程序，在控制的精度上能夠達(dá)到較高的要求。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 本課題研究的主要內(nèi)容是 DSP 對(duì)不同系統(tǒng)的控制， DSP是一個(gè)中間且是一個(gè)重要的過程，計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令要是 DSP 的能夠識(shí)別并將其發(fā)送給伺服電機(jī)，伺服電機(jī)又要通過反饋系統(tǒng)將信號(hào)反饋給 DSP，實(shí)現(xiàn)比較完全的控制。使用多串口卡也在整個(gè)系統(tǒng)中起到了很關(guān)鍵的作用，主從控制是通過這個(gè)多串口卡實(shí)現(xiàn)的，通過串口通信能夠使控制信號(hào)完完整整的到達(dá)電機(jī)位置，電機(jī)完成我們所需要的動(dòng)作（速度方向）。設(shè)計(jì)可以按照試驗(yàn)臺(tái)的形式做出來，可根據(jù)具體的方案選定型號(hào)，見表 . 名稱 型號(hào) 數(shù)量 DSP TMS320F240 3個(gè) 多串口卡 MOXACP104UL 1個(gè) 轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 3個(gè) 直流伺服驅(qū)動(dòng)器 MCDC505 1個(gè) 直流伺服電機(jī) 60WGD03 1臺(tái) 8 交流伺服驅(qū)動(dòng)器 ACS1806 1個(gè) 交流伺服電機(jī) ACM604 1臺(tái) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 2D6209V2C 1個(gè) 步進(jìn)電機(jī) 29BYG250 1臺(tái) 光電編碼器 BCE94A/K20 3個(gè) 光耦 6N138 1個(gè) 整流器 ZDA100/36 2個(gè) 小型熔斷器 JXC45N 1個(gè) 交流電源 220V 1個(gè) 小型電源 輸出電壓 024V 2個(gè) 外接線 若干 試驗(yàn)臺(tái) 規(guī)格不一樣 4個(gè) 計(jì)算機(jī) 1臺(tái) 表 方案所需元件明細(xì)表 第 3 章 試驗(yàn)臺(tái)工作元件介紹 DSP 的選擇 選擇的 DSP是 TI公司的 TMS320F240。因此， tms320f240 不僅具有高速數(shù)據(jù)處理能力，還具有控制和事件管理能力，可完成人機(jī)界面、與上位機(jī)進(jìn)行串行通信等功能。串行通信接口的 波特率可高達(dá) 64kbps。通過空閑狀態(tài)的長(zhǎng)短區(qū)分信息幀，信息幀里前面的信息塊是地址信息，后面是數(shù)據(jù)信息。 多串口卡的選擇 選擇的多串口卡是 杭州微浪科 技有限公司 的 MOXACP104UL。 特點(diǎn) ： ? 超過 800 Kbps 數(shù)據(jù)吞吐量，效能全球第一 ? 通用的 PCI 兼容 ? 為小型 PC提供 MD1 低擋板支架多串口通訊卡 ? 支持 Windows 2021/XP/2021/98/ME、 Linux、 UNIX 驅(qū)動(dòng) ? 內(nèi)建的 LED 顯示燈讓維修及軟件管理變得容易 ? 單一 5 VDC 電源需求 ? 串口通訊速率最高可達(dá) Kbps ? 支持 128 byte FIFO 驅(qū)動(dòng)程序和內(nèi)建軟硬件流量控制 ? 內(nèi)建 15 KV ESD 突波保護(hù) 轉(zhuǎn)換芯片的選擇 由于多串口卡的外端是 RS232 接口，故需要選用與之配套的芯片 MAX232，MAX232芯片是美信公司專門為電腦的 RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用 +5v 單電源供電。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭 ； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 直流伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇 選擇的直流伺服驅(qū)動(dòng)器是 深圳東方伺服數(shù)控技術(shù)有限公司 的 MCDC505全數(shù)字直流伺服驅(qū)動(dòng)器 。 二， 特點(diǎn) 位置控制：輸入光隔離脈沖與 方向（ PULSE／ DIR） 速度控制：：輸入為模擬 0V～＋ 電壓信號(hào)（由 POS。 2）插在 1號(hào)位置時(shí)，速度控制，由 POS。 4）插在 1號(hào)和 2號(hào)位置時(shí)，位置控制正脈沖／負(fù)脈沖輸入。 P：位置比例增益調(diào)節(jié) POS。假使未遵守此原則，將會(huì)造成震動(dòng)或反應(yīng)不良。通?？蓞⒄障铝胁襟E對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整： 1）將位置前饋和位置微分設(shè)為電位器刻度 （ 2），位置增益和速度增益先設(shè)在較低值刻度（ 3），然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動(dòng)的前提下，逐漸增加速度增益至少有振動(dòng)則再減小刻度（ ）格。 4）如果電機(jī)運(yùn)行時(shí)有振動(dòng)，適當(dāng)減少速度增益。 五， 技術(shù)指標(biāo) 輸入直流電壓范圍 24～ 50V（典型值） 200W 連續(xù)輸出功率 連續(xù)輸出電流 6A32KHzPWM 過載輸出電流 18A（ 3秒） 保護(hù) 過電流動(dòng)作值峰值 30A177。是一種新發(fā)展起來的新型電機(jī)。配套全數(shù)字化速度閉環(huán)控制，跟隨性好，起停速度快。 ● 反饋方式采用開關(guān)霍爾，低線數(shù)碼盤。 圖 ACS1806 經(jīng)濟(jì)型交流伺服驅(qū)動(dòng)器 驅(qū)動(dòng)器基本功能 ■ 供電電壓 +20～ 180VD。其體積小巧、安裝方便、高性價(jià)比、高可靠性、調(diào)試簡(jiǎn)單。 圖 ACM604 經(jīng)濟(jì)型交流伺服電機(jī) 雷賽在推出經(jīng)濟(jì)型交流伺服驅(qū)動(dòng)器的同 時(shí)，配套推出了 ACM系列交流伺服電機(jī)產(chǎn)品，電機(jī)功率涵蓋 100W～ 750W。 圖 ZD6209V2C 驅(qū)動(dòng)器 產(chǎn)品特點(diǎn)： 高集成度高可靠性 接口采用超高速光耦隔離 抗高頻干擾能力強(qiáng) 最高輸入電壓： DC 40V(峰值 ) 21 電源反接保護(hù) 主要功能 ： 內(nèi)部集成控制調(diào)速度 功能，支持內(nèi)部和外部控制 整步、二細(xì)分、四細(xì)分、八細(xì)分、十六細(xì)分可調(diào) 輸出電流線性可調(diào) 過熱自動(dòng)保護(hù) 自動(dòng)半流鎖定 衰減可調(diào) 支持脫機(jī)、使能、鎖定等功能 控制方式 ： 脈沖 有脈沖時(shí)工作，高電平有效；無脈沖時(shí)鎖定電機(jī)并自動(dòng)半流 方向 高電平輸入或懸空時(shí)正轉(zhuǎn)；低電平輸入時(shí)反轉(zhuǎn) 脫機(jī) 高電平輸入或者懸空時(shí)正常工作；低電平時(shí)脫機(jī) 圖 ZD6209V2C 驅(qū)動(dòng)器外形尺寸 22 步進(jìn)電機(jī)的選擇 選擇的步進(jìn)電機(jī)是北京時(shí)代超群的 39BYG25034 步進(jìn)電機(jī)。 絕緣等級(jí) :