【正文】 r defense systemShould be higher and on electromeehanical integration and automatic control teehnology and being as the anic produet， servo system has a very broad prospeet and， And the research bees a hot spot. Firstiy， the papre elaborates general design for the DSPbased digital servo paper elaborates the DSPbased digital servo system’s overall strueture， and based on the system output capaeity requirernents， chooses Rareearth Permanent mag brushless synchronous servo motor and driver,then aceording to the preeision of the system requirements， chooses a dualchannel rotary transfonners and rotary eneoder bination of deteetion deviees。DSP。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。如 :俄羅斯亞速海光學(xué)機(jī)械制造廠和諾德爾曼國(guó)家精密機(jī)械設(shè)計(jì)局聯(lián)合研制推出的“斑蛙蛇”防空導(dǎo)彈系統(tǒng)，性能指標(biāo)己臻國(guó)際一流 。盡管我國(guó)在這方面取得了喜人的成績(jī)，但與世界先進(jìn)水平相比仍存在較大差距。 本論文主要工作 本文的主要工作如下 :. 第 1 章 ： 引言主要給出了工程背景，介紹了課題的來源和本文的主要研究?jī)?nèi)容 ； 第 2 章 ： 基于 DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。主要給出了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的主程序、中斷服務(wù)程序、子程序的流程 ； 第 5 章 ： 系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 第 2章 基于 DSP 數(shù)字伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。采用新型高速微處理器和專用數(shù)字信號(hào)處理機(jī) (DSP)的伺服控制單元將全面代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，并與伺服電機(jī)組建位置閉環(huán)系統(tǒng)，與監(jiān)控測(cè)試平臺(tái)正常通訊，實(shí)現(xiàn)伺服控制，達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)要求 [l]。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想 :數(shù)字伺服系統(tǒng)測(cè)試儀根據(jù)監(jiān)控測(cè)試軟件的角度指令信號(hào)和測(cè)角傳感系統(tǒng) (旋轉(zhuǎn)變壓器與軸角編碼器 )檢測(cè)到的位置反饋信號(hào) (當(dāng)前角度信號(hào) )之間的誤差角，以一定 的控制算法計(jì)算得出控制量，輸出相應(yīng)的電壓模擬控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由以下模塊組成 a)處理器控制模塊 :，包含 TMS320 凡 06DSP 微處理芯片、外設(shè)的RAM 芯片選用 6264 系列， 8 位 x8K 靜態(tài) RAM 組成的可以與外 圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的處理器模塊。 d)、輸出控制模塊 :該模塊采用美國(guó) AD 公司的 AD767 芯片，它是 12位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換模擬量模塊，具有片內(nèi)放大輸出，高穩(wěn)定性的參考大壓，高速寫入周期。這里用電子逆變器代替了直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械式逆變器，其優(yōu)越性是非常明顯的。 SERVOSTARCD 系列為高性能的數(shù)字伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，支持電流、速度或位置模式，可提供眾多的控制選項(xiàng)，從典型的 10VDC 指令，到編碼跟隨以及脈沖和方向，一直到 SynqNet 和 SERC0s控制。 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)調(diào)試界面軟件 MOTIONLINK 簡(jiǎn)介 MOTIONLINK 調(diào)試界面軟件如圖 24 所示 ： 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 24 MOTIONLINK 調(diào)試界面軟件圖 KOLLMORGEN 公司為客戶提供了方便的驅(qū)動(dòng)器參數(shù)調(diào)試界面軟件MOTIONLINK。但是位置環(huán)所產(chǎn)生的控制量也必須要通過速度環(huán)和電流環(huán)才能作用于電機(jī)，因此速度環(huán)和電流環(huán)是位置環(huán)的基礎(chǔ)，對(duì)它們的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置將對(duì)系統(tǒng)性能有重要的影響 [10]。從圖 25 中和電機(jī)說明書得到這兩個(gè)參數(shù)的物理意義。圖 和圖 是 Kv 取不同值時(shí)，利用 MO 叨 [ONLINK 軟件對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的結(jié)果，指令要求電機(jī)以 20(刃 RP]班的速度轉(zhuǎn)動(dòng) 5s 后停下，所有測(cè)試均是在電機(jī)帶負(fù)載的情況下完成的。 從圖 27 中可以看出，當(dāng)取 Kv=10 時(shí)，電機(jī)在加速段和減速段的曲線都比較陡直，超調(diào)很小，只有半個(gè)振蕩波。本節(jié)討論選用絕對(duì)位置量測(cè)部件 — 雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)角度，用軸角編碼器進(jìn)行軸角編碼，將系統(tǒng)輸出軸的位置轉(zhuǎn)換成 16 位二進(jìn)制碼送給數(shù)字伺服系統(tǒng)測(cè)試儀，以實(shí)現(xiàn)位置反饋。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生周期數(shù)不等的兩路正弦信號(hào)，這樣做的目的是為了提高測(cè)量精度。并采用二階伺服回路，輸出具有三態(tài)鎖存功能，輸出與 TTL 兼容的并行自然二進(jìn)制編碼，用于角度位移量的測(cè)量。 本章小結(jié) 本章首先簡(jiǎn)要介紹了基于 DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)的組成和原理，基于DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)的元件選型是是本文的研究重點(diǎn)，隨后詳細(xì)闡述了基于 DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并從系統(tǒng)應(yīng)有的輸出能力要求出發(fā)，選定科爾摩根伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器 。和數(shù)字伺服系統(tǒng)測(cè)試儀進(jìn)行通訊 。本章主要圍繞主控芯片 TMs320FZO6 詳細(xì)闡述了伺服控制器的設(shè)計(jì)方案及其各部分元件選型，并詳細(xì)闡述了伺服控制器及采樣控制電路、輸出控制電路及外圍電路的設(shè)計(jì)。 DSP芯片 TMS320F206 簡(jiǎn)介 TMS320 凡 06 芯片作為 DSP 控制器， CZxx 系列中惟一具有片內(nèi)FLASH 存儲(chǔ)器的 DSP，也是 TMS320 系列數(shù)字信號(hào)處理器中的一種定點(diǎn)DSP 芯片。如果 為高電平，器件工作在微處理器模式 (從外部存儲(chǔ)器取復(fù)位向量 )，也就 是仿真模式 。這樣可以減少伺服控制器在正常工作時(shí)，因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)引起的不穩(wěn)定因素。因此選用 I0MHz 晶振，頻率選擇只能是 xZ或 x4 設(shè)置。燒寫完成后，關(guān)閉伺服控制器電源，拔下跳線帽，再次開啟電源時(shí)， FZO6 就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行 FLASH 中的程序了。若是在看門狗計(jì)數(shù)器溢出前得到輸入信號(hào)，則計(jì)數(shù)器又重新開始計(jì)數(shù)，即不會(huì)發(fā)出復(fù)位信號(hào)。例如設(shè)定，則溢出時(shí)間為 : 。外部看門狗電路如圖 所 看門狗 MAX63O3 的定時(shí)時(shí)間可以通過選擇連接在引腳 SRT 上電容的大小來進(jìn)行調(diào)節(jié)。只要凡 06 在 5874us 內(nèi)給出一個(gè)脈沖信號(hào)，看門狗就不會(huì)向FZO6 發(fā)出復(fù)位信號(hào)。伺服控制器上還設(shè)計(jì)哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 了一個(gè)復(fù)位按鈕，將此按鈕按下時(shí)，看門狗也將向凡 06 發(fā)出復(fù)位信號(hào)一個(gè)跳線器，這樣就可以人為的使 F206 進(jìn)行復(fù)位操作。將跳線帽接通后，看門狗不再起作用，程序可以單步調(diào)試。該模塊采用美國(guó) AD 公司的 AD767 芯片，它是 12 位的數(shù)字量轉(zhuǎn)模擬量模塊，伺服控制器中的 D/A 芯片 AD767 按照?qǐng)D 所示接線，就可以得到雙極性的輸出， .輸出電壓范圍 :一 10V 到+1OV。在理想運(yùn)放的情況下，有 v2=v3，也就是存在“虛短”現(xiàn)象。 采樣控制模塊的設(shè)計(jì) 采樣信號(hào)是關(guān)系到系統(tǒng)誤差精度的一個(gè)重要信號(hào)，采樣位置信號(hào)選用的是中船的 1ZXSZ，是一種超小型化、采用跟蹤轉(zhuǎn)換技術(shù)的 12 位自整角枷旋轉(zhuǎn)變壓器 — .數(shù)字轉(zhuǎn)換器。 12XSZ 的輸入信號(hào) Jsl 到 JS4 來自雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的精通道，這四線模擬量經(jīng)過 12XSZ 編碼后，得到 12 位數(shù)字量，從 DO到 Dll 輸出。CLK 是數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，上升沿時(shí)鎖存數(shù)據(jù)。 574 有兩個(gè)控制信號(hào)， 和 cLK。轉(zhuǎn)換完成后， BUSY 引腳變成低電平。 伺服控制器的實(shí)物圖 伺服制器實(shí)物如圖 所示 : 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 29 各伺服控制器部件組成如下 : a)處理器模塊 :包含 TMS320F206DSP 微處理芯片、外設(shè)的 RAM 芯片選用 6264 系列， 8 位 x8K 靜態(tài) RAM 組成的可以與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的處理器模塊 。 d)采集控制模塊 :采用兩片軸角編碼芯片 12XSZ，得到角位置值，分辨率為 12 位。 本章小結(jié) 本章主要論述了 TMS32OF206DSP 伺服控制器的設(shè)計(jì)。就本系統(tǒng)來說，雖然采用數(shù)?；旌鲜轿C(jī)控制系統(tǒng)，電流控制環(huán)節(jié)由模擬電路實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)電流快速控制。系統(tǒng)的各部分就是在該操作系統(tǒng)的組織管理、調(diào)度下運(yùn)行的。在 F206 片內(nèi)程序的開始，將這兩個(gè)信號(hào)置為 00，表明伺服控制器已經(jīng)啟動(dòng)，并將進(jìn)入初始化階段。在伺服控制器初始化的過程中，將對(duì) IO 口、定時(shí)器等片內(nèi)資源進(jìn)行設(shè)置。在哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 31 本系統(tǒng)中， DSP 外部晶振頻率為 1OMHz，經(jīng)過跳線選擇倍頻后為40MHz ， 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 因此設(shè)定珊 DR 為 9， PRD 為 9999，代入 nNT 速率計(jì)算公式有 : 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 33 設(shè)置好定時(shí)時(shí)間后，需要將定時(shí)中斷打開，否則凡 06 不會(huì)響應(yīng)定時(shí)中斷處理程序。 從 DSP 第一次進(jìn)入定時(shí)器中斷開始，伺服控制器就將重復(fù)執(zhí)行下列步驟 :獲取數(shù)字伺服系統(tǒng)測(cè)試儀指令，采樣實(shí)際架位，計(jì)算控制量，并在中斷服務(wù)程序最后向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出控制量。 基于 DSP 數(shù)字伺服系統(tǒng)的子程序 獲取指令子程序 數(shù)字伺服系統(tǒng)測(cè)試儀和伺服控制器之間通過并行口來交換信息。 采樣實(shí)際架位子程序 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 34 F206 在每個(gè)定時(shí)中斷處理程序中都要對(duì)實(shí)際架位進(jìn)行采樣。讀取實(shí)際架位信號(hào)時(shí)的濾波流程如圖 所示 :采取的濾波方法是，通過讀取兩次值，來判斷這兩次值是否相等。將粗通道和精通道的值組合成一個(gè) 16 位的值。 第 5 章 系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì) 良好的硬件設(shè)計(jì)是保證伺服系統(tǒng)能夠獲得高性能的前提，控制算法的好壞直接影響著伺服系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。 常規(guī) PID 控制算法 偏差的比例 (Proportional)、積分 (Integral)和微分 (Derivative)的綜合控制，簡(jiǎn)稱 PD 控制 [4]。在離散化的控制系統(tǒng)中， PID 控制有增量式和位置式，其表示形式如下 : 位置式算法中的每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值 ，當(dāng)誤差較大時(shí)，容易產(chǎn)生較大的積累誤差 。從理想的控制策略出發(fā)， PID 控制器各校正環(huán)節(jié)作用如下 a)比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。對(duì)于本系統(tǒng)所提出的高速度、高精度的性能要求，僅采用常規(guī) PID 控制顯然是難以滿足上述要求的。復(fù)合控制的一般原理框圖如圖 所示，由框圖可知 : 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 39 其中，誤差輸入信號(hào) :E(s)=R(s)一 B(s)=R(s)一 e(s)H， (s) 前饋量信號(hào) :F(s)=R(s)H2(s) 若不考慮擾動(dòng)作用，即 N(s)=O，則該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 : 若前饋量傳遞函數(shù) ，則上述系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 : 輸出成為系統(tǒng)的輸入復(fù)現(xiàn)。圖 將正弦曲線和它需要的相應(yīng)的控制量取出，做分析說明?！櫿倚盘?hào)的誤差主要出現(xiàn)在 b 一 d 段內(nèi)，正弦信號(hào)減速時(shí)，控制量沒能夠迅速減少，電機(jī)位置超過 c 點(diǎn) 。在 c一 d 段，正弦信號(hào)的加速度是由大變小的，并在 d 點(diǎn)達(dá)到最小值 O。取兩個(gè)相隔 60 次的△。圓圖如圖 ，、整個(gè)誤差帶劃分為四個(gè)區(qū)。這種方法可使系統(tǒng)盡快向消除誤差的方向運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)在大調(diào)轉(zhuǎn) (大幅值階躍輸入 )時(shí)，架位差由 Bang 一 Bang 區(qū)進(jìn)入 I 區(qū)時(shí)電機(jī)軸角速度很大。控制律為 : 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 44 d)III 區(qū) III 區(qū)時(shí)，采用 PD 控當(dāng)系統(tǒng)誤差處于 III 區(qū)時(shí)，采用 PD 控制， 較大， 適當(dāng)減小， 取值較小。減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的伺服精度。由于實(shí)際系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在極限位置，所以仿真中也考慮了控制量的限幅問題。 b)若采用智能 PD 控制方法，系統(tǒng)不僅具有良好的階躍響應(yīng)，同時(shí)又可以高精度的跟蹤速度和正弦信號(hào)，做到無靜差跟蹤速度信號(hào)，跟蹤正弦信號(hào)時(shí)的誤差明顯小于經(jīng)典 PID 的誤差。 第 6 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 工程上為了測(cè)試伺服系統(tǒng)的性能均采用階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)和正弦信號(hào)作為系統(tǒng)輸入信號(hào) :階躍信號(hào)可以較好地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度 。本章是在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試的過程，首先介紹創(chuàng)新基地的“數(shù)字伺服系統(tǒng)監(jiān)控測(cè)試儀”的功能和使用方法，再詳細(xì)分析伺服