【正文】 態(tài)之間切換。 c. Interrupts 中斷模塊。 i. Memory Interface 存儲器接口模塊。 ARM9 支持全性能的 MMU。同時，它的時鐘工作頻率將接近 1GHz。目前應用較多的轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅 ~，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子 .空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。 正常 運轉(zhuǎn)的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉(zhuǎn)。 電角度。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各 自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產(chǎn)生的磁場將是脈動磁場，轉(zhuǎn)子很快地停下來。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區(qū)別。可以通過即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊 23 方式改變對應的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。 128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。當使用片內(nèi) RealMonitor 軟件對前臺任務(wù)進行調(diào)試時，中斷服務(wù)程序可繼續(xù)運行； (ETM)支持對執(zhí)行代碼進行無干擾的高速實時跟蹤； 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間低至 s； 個 32 位定時器 (帶 4 路捕獲和 4 路比較通道 )、 PWM 單元 (6 路輸出 )、實時時鐘和看門狗； ，包括 2 個 16C550 工業(yè)標準 UART、高速 I2C 接口 (400 kHz)和 2 個 SPI 接口； PLL 可實現(xiàn)最大為 60MHz 的 CPU 操作頻率； 25 圖 LPC2114 結(jié)構(gòu)框圖 斷控制器。 27 A R M 微 處 理 器L P C 2 1 1 4復 位 模 塊電 源 監(jiān) 控 模 塊放 大 驅(qū) 動 模塊 及 接 口信 息 反 饋 通道 及 接 口D C / D C 變 壓 模 塊交 流 2 2 0 V 轉(zhuǎn) 換 成直 流 5 V電 源伺 服電 機 圖 控制器的硬件結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 電源的設(shè)計 相對于模擬電源來說，開關(guān)電源效率較高，適用于輸出功率功率較大的電路中，但電路較復雜，又同時是一個干擾源，需要進行光電隔離。除此之外，它還能起到很好的安全保障作用，因此在光電耦合器的輸入回路和輸出回路之間有很高的耐壓值，在 500V~1KV，甚至更高，由于電耦合器不是將輸入側(cè)和輸出側(cè)的電信號進行直接耦合，而是以光為媒介進行間接耦合，所以具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。 5VV D D 3. 3KN / C4V I N36N137V C C8VE7Vo6GND5N / C1VDD2 圖 6N137實際電路連接圖 伺服驅(qū)動器選型 伺服驅(qū)動器是來控制伺服電機的 ,是伺服電機的控制部分。因此，即使低剛性機械其定位整定時間亦可縮短 1/3(與其它產(chǎn)品相比較 )。 而且 采用了速度觀測控制，使電 機的速度波動大幅度減低，低。 它 的 性能卓越 ， 為了實現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率，該驅(qū)動器 CPU 運算時間減少了一半，通過擴充新控制算法，定位時間大大縮短，實現(xiàn)了出類拔萃的響應性。當輸入信號電流小于觸發(fā)閡值或使能為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的 ,可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔 離的。整個系統(tǒng)分為六部分：電源轉(zhuǎn)換電路、復位監(jiān)控電路、微處理器主控系統(tǒng)、功率放大驅(qū)動電路、信號反饋變換電路、伺服電機。 512 字節(jié)行編程時間為 1ms。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而 且，這時完全不需要使用伺服電機。 普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態(tài)下工作，不對稱運行屬于故障狀態(tài)。如果改變控制電壓的相位，即移相 180176。 當電機原來處于靜止狀態(tài)時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產(chǎn)生脈動磁場。 與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。 運行范圍較廣 。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。 主要特點如下： a. 數(shù)據(jù) Cache 的容量從 8KB 增加到 32KB； b. 指令 Cache 的容量從 16KB 增加到 32KB； c. 微小數(shù)據(jù) Cache 的容量從 512B 增加到 2KB； d. 為了提高指令的執(zhí)行速度，超級流水線結(jié)構(gòu)由 5 級增至 7 級； e. 新增乘 /加法器 MAC 和特定的 DSP 型協(xié)處理器 CP0，以提高對多媒體技術(shù)的支持； f. 動態(tài)電源管理，使 XScale 處理器的時鐘工作頻率可達 1GHz、功耗 ，并能達到 1200MIPS。 (2) ARM9 內(nèi)部及功能結(jié)構(gòu)簡介 ARM9 系列處理器主要包含 ARM920T、 ARM940T 等類型，其內(nèi)核處理器采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，分別由取指、解碼、執(zhí)行、存儲和寫操作等 5 級流水線組成，可以作為單獨內(nèi)核嵌入到其他復雜設(shè)備中。 h. Configuration 工作狀態(tài)配置模塊。 18 b. Processor Mode 處理器工作模式選擇模塊。 圖 CISC 體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通道模 圖 RISC 體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通道模型 （ 2） ARM 處理器的指令流水線 如圖 所示為 ARM7TDMI 的指令流水線結(jié)構(gòu)， ARM7TDMI 采用 3 級流水線，分別為讀取指令、解碼指令和移位及 ALU 操作。 1979 年，美國加州大學伯克利分校提出了 RISC(Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機 )的概念， RISC 并非只是簡單地減少指令，而是把著眼點放在了如何使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡單、合理地提高運算速度上，其 8/2 原則促進了 RISC 體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)。 諾依曼結(jié)構(gòu)的微處理器的程序空間和數(shù)據(jù)是合在一起的，即取指令和取操作數(shù)都是在同一條總線上，通過時分復用的方式進行的，其每條指令的執(zhí)行周期為： T＝ TF(取指令 )＋ TD(指令譯碼 )＋ TE(執(zhí)行指令 )＋ TS(存儲時間 ) 15 在高速運行時，不能達到同時取指令和取操作數(shù)的目的，從而形成了傳輸過程的瓶頸。 ARM11 囊括了 Thumb CoreSight、 TrusZone 等眾多業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)，同時由單一的處理器內(nèi)核向多核發(fā)展，為高端的嵌入式應用提供了強大的處理平臺。 目前， ARM 處理器有以下幾個系列的產(chǎn)品： ARM7TDMI、 StrongARM ARM720T、 ARM9TDMI、 ARM922T、 ARM940T、 RM946T、 ARM966T、 ARM10TDM1 等?，F(xiàn)在世界各國的知名機床制造商 (比如以發(fā)展?jié)L珠絲杠驅(qū)動聞名于世的日本 Mazak 公司和韓國的大宇公司 )都紛紛推出直線電機驅(qū)動的機床，而德國的 DMG 公司， 2020 年便已銷售裝有直線電機的機床約 1000 臺， 2020 年要翻番，計劃為 2020 臺。 e. 軌跡誤差小，高速下可 獲得良好的定位精度。 現(xiàn)代電機技術(shù)，很容易實現(xiàn)寬調(diào)速，速度變化范圍可達1:10000 以上。 滾珠絲杠由於工藝成熟，應用廣泛，不僅精度能達到較高 (ISO3408 1 級 )，而且實現(xiàn)高速化的成本也相對較低，所以迄今仍為許多高速加工機床所采用。 當代電主軸所使用的電機，不僅有異步交流感應電機，還有永磁同步電機，后者在相同功率下，外形尺寸較小，且轉(zhuǎn)子為永久磁鐵不發(fā)熱。 當前高速高精加工機床一般都使用矢量控制的變頻驅(qū)動電主軸，常內(nèi)置一脈沖編碼器，以實現(xiàn)準確的相位控制以及與進給的準確配合，電機定子和主軸軸承用恒溫水循環(huán)冷卻。太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時會因油的阻力而發(fā)熱。有時也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限 。電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動態(tài)特性好等優(yōu)點，并可改善機床的動平衡，避免振動和噪聲，在超高速切削機床上得到了廣泛的應用。高速電主軸單元轉(zhuǎn)數(shù)在 30000r/min(有的高達 1179。 CT 公司在 1996 年推出了通用型驅(qū)動器系列產(chǎn)品。傳統(tǒng)的具有 A、 B(兩相信號的編碼器，由于它不能兼顧分辨率和高速度，且信號線太多，從而影響了高精度、高速度的伺服系統(tǒng)的實現(xiàn)。采用滑模變結(jié)構(gòu)控制可增強電動機控制系統(tǒng)的魯棒性。交流伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機作為驅(qū)動器件，可以和直流伺服電機一樣構(gòu)成高精度、高性能的半閉環(huán)或全閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于交流伺服電機內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。其主 要缺點是直 7 流伺服電機內(nèi)部有機械換向裝置，碳刷易磨損，維修工作量大，運行時易起火花，給電機的轉(zhuǎn)速和功率的提高帶來較大的困難。 伺服電機控制技術(shù)發(fā)展概 況 現(xiàn)代電機控制理論發(fā)展使機床數(shù)控伺服系統(tǒng)實現(xiàn)交流化、數(shù)字化、智能化機床數(shù)控系統(tǒng)中，常用的伺服電機和控制系統(tǒng)有 : (1) 開環(huán)控制系統(tǒng) 采用步進電機作為驅(qū)動器件，無須位置和速度檢測器件，也沒有反饋電路，控制電路簡單，價格低廉。 由于投資和風險巨大、缺少自主的核心技術(shù) ,雖然在中低端微處理器方面有了一定進展 ,但在設(shè)計和制造高性能處理器芯片方面一直是我國業(yè)的 “ 芯病 ’ 痛 ,要達到當代處理器的國際先進水平 ,還難以在短期內(nèi)有大的突破。這其中的一個主要原因是缺乏創(chuàng)新。 RM10系列：包括 ARM1020E和 ARM1020E微處理器核。ARM6及更早的系列已經(jīng)罕見了， ARM7以后的核也不是都獲得廣泛應用。 在以后的幾年中， ARM憑借高超的技術(shù)和相對低廉的授權(quán)方式，贏得了不少客戶的青睞，這其中包括大名鼎鼎的夏普、 GEC Plessey、德州儀器和 Cirrus Logic等廠商。這兩項專利技術(shù)收入分別占公司總收入的 40%和 30%?？梢哉f， ARM不僅僅代表一個公司 ，代表了一類微處理器，代表了一種技術(shù)，還代表了一種新型的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。ARM技術(shù)日益成熟和不斷發(fā)展，正在逐步滲入到我們生活的各個方面。LPC2214ARM微控制器是 PHILIPS公司生產(chǎn)的基于 ARM7TDMIS核的芯片，特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和 POS機。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。可以對電機的轉(zhuǎn)速位移進行智能化，精確化控制。 畢業(yè)論文 題 目 : 基于 ARM 的伺服電機控制器設(shè)計 I 摘 要 運動控制技術(shù)能夠快速發(fā)展得益于計算機、高速數(shù)字處理器、自動控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。 本文實現(xiàn)運動控制技術(shù)對高速、高精度的追求目標，設(shè)計并實現(xiàn)以微處理器為核心的控制器，改變了傳統(tǒng)單片機運算能力和控制功能不足的現(xiàn)狀和弱點。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。 一些基于 ARM7TDMI內(nèi)核的微控制器都可支持 DSP運算并能夠達到較高的運算指標，節(jié)約成本并降低系統(tǒng)的復雜性，使其在變頻系統(tǒng)中有著良好的發(fā)展前景。 ARM 是目前公認的業(yè)界領(lǐng)先的 32位嵌入式 RISC(精簡指令計算機 )微處理器。目前，共有 3O 3 家半導體公司與 ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括 Intel、 IBM、 LG半導體、 NEC、 SONY、 PHILIPS和國家半導體這樣的大公司。 目前 ARM的收入來源已經(jīng)實現(xiàn)了多元化：首先是專利授權(quán)費用，這是客戶采用ARM專利時一次性付給 ARM的費用；其次是按照一定比例收取客戶產(chǎn)品的專利使用費，即客戶每賣出一片芯片，就收取同等比例的費用。由于 ARM只有技術(shù)，缺乏資金來購買昂貴的芯片制造、封裝和測試設(shè)備，因此ARM授權(quán)伙伴公司 VLSI Technology生產(chǎn)，并提供必要的技術(shù)支持，這種合作方式的初步成功也為今后 ARM的發(fā)展模式奠定了基礎(chǔ)。目前最新的系列已經(jīng)是 ARM11了 。該系列強化了數(shù)字信號處理功能，可應用于需要 DSP與微控制器結(jié)合使用的情況，將 Thumb技術(shù)和 DSP都擴展到 ARM指令集中，并具有Embedded ICERT邏輯，更好地適應了實時系統(tǒng)的開發(fā)需要。但是我們也注意到，中國電子產(chǎn)業(yè)的利潤率卻并沒有隨之增長。 ARM 已經(jīng)不再是一個單純的 CPU技術(shù)提供商， 而是一個完整的數(shù)字世界系統(tǒng)解決方案提供商。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為數(shù)字世界的發(fā)展趨勢， ARM將繼續(xù)致力于以最優(yōu)秀、最全面的技術(shù)和支持來幫助中國企業(yè)取得成功。以直流伺服電機作為驅(qū)動器件的直流伺服系統(tǒng)，控制電路比較簡單，價格較低。從 80 年代開始，逐漸應用在數(shù)控系統(tǒng)的進給驅(qū)動裝置上。 采用狀態(tài)觀察器和卡爾曼濾波器可以進行電動機