【正文】 c)綜上所述，仿真效果相比，不 難發(fā)現(xiàn)，智能 PID 很好的克服了常規(guī)PID 的固有缺陷，能夠使得系統(tǒng)獲得良好的性能。由于負(fù)載慣量大，可能出現(xiàn)大的超調(diào)和振蕩，調(diào)轉(zhuǎn)時間也較長，在此區(qū)最為關(guān)鍵的是改造積分作用，通過等減速區(qū)來使系統(tǒng)平滑地向穩(wěn)態(tài)進(jìn)行過渡，從而改善系統(tǒng)以大速度調(diào)轉(zhuǎn)時的動態(tài)特性，減少系統(tǒng)的超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時間。為了捕捉到正弦信號加速度的變化趨勢， 采用如圖 中所示的方法 :保存最近的 m 次目標(biāo)位置差△。依據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，我們用前饋控制加以補(bǔ)償，在跟蹤大速度和大加速度信號 (如正弦波輸入 )時，可以大大減小系統(tǒng)的速度誤差和加速度誤差。近年來，人們對伺服系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行了廣泛的研究， .涉及的算法諸如 :PID、前饋控制、最優(yōu)控制、魯棒控制、變結(jié)構(gòu)控制、內(nèi)?？刂?、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制以及各種復(fù)合算法。數(shù)字伺服系統(tǒng)測試儀將目標(biāo)架位信號 (并行 16 位數(shù)字量 )發(fā)送給伺服控制器，并從伺服控制器中得到當(dāng)前的實(shí)際架位信息 (并行 16 位數(shù)字量 )。初始化工作完成后，伺服控制器將這兩個信號置為 11，表明伺服控制器已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可以開始工作了。將旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并送入 DSP中進(jìn)行處理。在伺服控制器中的接線如圖 所示。在 AD767 的輸出引腳后，設(shè)置了一級運(yùn)算放大電路 ，如果在 5874us 內(nèi)，看門狗得不到這個脈沖信號，則會向凡 06 發(fā)出復(fù)位信號，看門狗的輸出連接在凡 06 的復(fù)位引腳 。 看門狗電路 看門狗芯片在電子電路設(shè)計中經(jīng)常用到，對于一些在因軟件發(fā)生問題而出現(xiàn)“跑飛”或“死機(jī)”現(xiàn)象，而其本身又無法進(jìn)行復(fù)位操作的電路板中，看門狗芯片將能重新啟動程序， .使系統(tǒng)能繼續(xù)運(yùn)行。 TMS320F206 芯片封裝如圖 : DSP 處理器電路 TMS320F206DSP 是 16 位定點(diǎn)運(yùn)算數(shù)字處理器。主要用于角度和位移量的檢測與控制，在通過忙信號的輸出和禁止信號的輸入可完全與計算機(jī)保持同步 。圖中 1 號線是速度指令， 2 號線是電機(jī)速度響應(yīng)曲線。在系統(tǒng)上可選擇四元速度控制算法來優(yōu)化性能，并且使用這種功能可以快速和容易地達(dá)到高性能運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計擁有自動調(diào)整功能的多功能驅(qū)動器，能夠驅(qū)動很多產(chǎn)品包括伺服 電機(jī)和它們匹配的反饋裝置，標(biāo)準(zhǔn)盒裝尺寸的驅(qū)動器提供 10 和 20 安培電流輸出。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 數(shù)字伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 圖 22 總體結(jié)構(gòu)框圖 本項目采用的總體結(jié)構(gòu)如圖 22 所示 ： a)伺服控制器 :主要采集數(shù)字伺服系統(tǒng)測試儀發(fā)出的指令信號，采集旋轉(zhuǎn)變壓器檢測到的實(shí)際架位信號，通過控制律的計算，得出控制量，送入驅(qū)動器 ； b)執(zhí)行通道 :驅(qū)動器接收到伺服控制器的信息，驅(qū)動電機(jī)，使電機(jī)帶動負(fù)載跟蹤數(shù)字伺服系統(tǒng)測試儀發(fā)出的指令信號運(yùn)動 ； c)反饋通道 :將負(fù)載的實(shí)際位置信息反饋通過旋轉(zhuǎn)變壓器檢測，將實(shí) 際架位信號返回伺服控制器。主要給出了基于 DSP的數(shù)字伺服系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，并從系統(tǒng)應(yīng)有的輸出能力要求出發(fā)，選定伺服電機(jī)和驅(qū)動器并設(shè)置參數(shù) 。InteiligentPID. 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 V 目錄 摘要 .................................................................................. 錯誤 !未找到引用源。其次，本文給出了基于 DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)軟件設(shè)計。伺服系統(tǒng)中的控制軟件存儲在DSP 芯片中，主要由信號采集、發(fā)送、 .數(shù)據(jù)處理和控制算法部分組成。 Abstract ............................................................................ 錯誤 !未找到引用源。然后從系統(tǒng)精度要求出發(fā)，選擇和設(shè)計檢測裝置 ； 第 3 章 ： DSP 伺服控制器的總體設(shè)計。 基于 DSP的數(shù)字伺服系統(tǒng)主要元件的選型 伺服控制器 伺服控制器是伺服系統(tǒng)的控制核心部分。所有驅(qū)動器都封裝在一個極小的框架尺寸之內(nèi)，非常緊湊。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 26 KV=1000 時 電機(jī)速度曲線 從圖 26 中可以看出，當(dāng)取 Kv=10 時，電機(jī)在加速段和減速段都存在明顯的超調(diào)和振蕩。 基于 DSP 數(shù)字伺服系統(tǒng)的實(shí)物 圖 通過對執(zhí)行電機(jī)和驅(qū)動器的特性分析、參數(shù)調(diào)整、穩(wěn)態(tài)設(shè)計的結(jié)果確定了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。它的很多特點(diǎn)適合本數(shù)字伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求，如 16 位的數(shù)據(jù)線、豐富的片內(nèi)資源，方便的調(diào)試過程等。看門狗芯片一般只有兩個接口 :一個輸入，一個輸出，其內(nèi)部還有一個計數(shù)器。看門狗通過輸出一小段低電平信號來弓 l 起 R06 的復(fù)位操作。主要目的是為了提高輸出電壓的功率，增強(qiáng)驅(qū)動能力，如圖 所示 。 12XSZ 的輸入信號 JSI 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 D0 到 Dll 輸出。其中包括兩路信號 :一路為粗通道信號，另一路為精 通道信號。向數(shù)字伺服系統(tǒng)測試儀發(fā)出伺服控制器狀態(tài)信息的過程可以理解為對其自身的檢測過程，因?yàn)橹挥挟?dāng)伺服控制器各部分都工作正常時才能向數(shù)字伺服系統(tǒng)測試儀發(fā)出準(zhǔn)備就緒的通知。雙 方約定通信周期為 ，還有兩個握手信號來協(xié)調(diào)。在諸多控制策略中， PID 控制包括各種改進(jìn)、復(fù)合算法是實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛的算法。因此，本系統(tǒng)從一開始就確定了智能化的控制方案，即采用智能控制〔‘ 51 的思想改造常規(guī)的PID 控制和復(fù)合控制策略，即在前饋的基礎(chǔ)上，在不同的誤差區(qū)間段采用不同的 k，、氣、 k‘值。通過判斷△。 控制律為 : c)過渡區(qū)控制律 由于分區(qū)的存在，當(dāng)誤差穿越班區(qū)和 n 區(qū)時 (ll 區(qū)與 I 區(qū)之間沒有這個現(xiàn)象，剛進(jìn)入 n 區(qū)的控制量也是最力最小控制量 )，由于兩個區(qū)間的 PD 參數(shù)不同造成輸出控制量的不連續(xù)，引起了機(jī)械的撞擊噪音。智能 PID 是對常規(guī) PID算法的改進(jìn)，它結(jié)合了專家的經(jīng)驗(yàn) [19]，根據(jù)被控對象的特點(diǎn)和要求設(shè)計出能夠獲得理想控制性能指標(biāo)的算法，并具有一定的智能，解決了單一的常規(guī) PID 控制無法滿足控制性能指標(biāo)的要求，如更快的響應(yīng)時間和無超調(diào)現(xiàn)象。 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)，同時又可以高精度的跟蹤速度和正弦信號，做到無靜差跟蹤速度信號，跟蹤正弦信號時的誤差明顯小于經(jīng)典 PID 的誤差。系統(tǒng)在大調(diào)轉(zhuǎn) (大幅值階躍輸入 )時，架位差由 Bang 一 Bang 區(qū)進(jìn)入 I 區(qū)時電機(jī)軸角速度很大。在 c一 d 段，正弦信號的加速度是由大變小的，并在 d 點(diǎn)達(dá)到最小值 O。對于本系統(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。 第 5 章 系統(tǒng)控制算法設(shè)計 良好的硬件設(shè)計是保證伺服系統(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)的各項性能。 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)測試儀和伺服控制器之間通過并行口來交換信息。在 F206 片內(nèi)程序的開始，將這兩個信號置為 00，表明伺服控制器已經(jīng)啟動，并將進(jìn)入初始化階段。 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。CLK 是數(shù)據(jù)鎖存信號，上升沿時鎖存數(shù)據(jù)。伺服控制器中的 D/A 芯片 AD767 按照圖 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。只要凡 06 在 5874us 內(nèi)給出一個脈沖信號，看門狗就不會向FZO6 發(fā)出復(fù)位信號。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， FZO6 就會自動運(yùn)行 FLASH 中的程序了。 DSP芯片 TMS320F206 簡介 TMS320 凡 06 芯片作為 DSP 控制器， CZxx 系列中惟一具有片內(nèi)FLASH 存儲器的 DSP，也是 TMS320 系列數(shù)字信號處理器中的一種定點(diǎn)DSP 芯片。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量。圖 和圖 是 Kv 取不同值時，利用 MO 叨 [ONLINK 軟件對電機(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 5s 后停下，所有測試均是在電機(jī)帶負(fù)載的情況下完成的。 SERVOSTARCD 系列為高性能的數(shù)字伺服電機(jī)驅(qū)動器，支持電流、速度或位置模式，可提供眾多的控制選項，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。本項目的設(shè)計思想 :數(shù)字伺服系統(tǒng)測試儀根據(jù)監(jiān)控測試軟件的角度指令信號和測角傳感系統(tǒng) (旋轉(zhuǎn)變壓器與軸角編碼器 )檢測到的位置反饋信號 (當(dāng)前角度信號 )之間的誤差角，以一定 的控制算法計算得出控制量，輸出相應(yīng)的電壓模擬控制信號給電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)，帶動負(fù)載運(yùn)動。 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內(nèi)容 ； 第 2 章 ： 基于 DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)總體設(shè)計。DSP。最后從控制系統(tǒng)出發(fā)，設(shè)計了 DSP 伺服控制器的總體結(jié)構(gòu)，并圍繞主控芯片 TMS320FZO6 詳細(xì)介紹了伺服控制器、采樣控制電路、輸出控制電路及外圍接口電路的具體設(shè)計。信號采集和發(fā) 送包括與計算機(jī)之間的信息交換，以及實(shí)際架位信號的采集 。 第 1 章 緒論 .........................................................................................................6 課題背景 ....................................................................................................6 本論文主要工作 ........................................................................................7 第 2 章 基于 DSP 數(shù)字伺 服系統(tǒng)總體設(shè)計 ........................................................8 基于 DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)總體設(shè)計方案 ...............................................8 數(shù)字伺服系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) ......................................................................7 數(shù)字伺服系統(tǒng)的組成和原理 ..................................................................7 數(shù)字伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) ......................................................................8 基于 DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)主要元件的選型 ...........................................9 伺服控制器 ..............................................................................................9 執(zhí)行電機(jī)的選擇一一稀土永磁同步交流無刷伺服電機(jī) ......................9 伺服電機(jī)驅(qū)動器的選擇 ........................................................................10 基于 DSP 的數(shù)字伺服系統(tǒng)的實(shí)物圖 ......................................................15 本章小結(jié) ...................................................................................................15 第 3 章 DSP 伺服控制器總體結(jié)構(gòu) ..................................................................17 伺服控制器的總體結(jié)構(gòu) ....................................................................17 處理器模塊電路設(shè)計 ........................................................................18 芯片 TMS320F206 簡介 ................................................................18 處理器電路 .............................