基于DSP高精度伺服位置環設計

　　位置前饋中速度項差分方程：

　　式中R(k)為第K個采樣周期中的位置給定信號;Yaf為第K個采樣周期中速度信號的輸出，Ksf為速度前饋比例系數。

　　相應的位置環P的差分方程：

　　式中R(k)為第K個采樣周期中的位置給定信號;C(k)為第K個采樣周期中的位置反饋信號，Ye為第K個采樣周期中位置環信號的輸出，Kc為位置環比例系數。

　　絕對式編碼器通信程序

　　絕對式編碼器與DSP的接口采用CPLD作為接口芯片。CPLD的程序采用VHDL語言編寫，程序結構如圖4所示。此電路完成串行輸入數據到并行輸出數據的轉換，以及并行輸入數據到串行輸出數據的轉換。

　　圖4中，模塊DIV為時鐘分頻器，TX模塊接收來自微處理器接口模塊MP的8位并行數據，并通過端口DOUT將數據串行輸出到RS-485端口。反過來，RX模塊接收串行數據輸入，并以8位并行格式發送至MP模塊，MP模塊同時將接收到的位置信號轉成脈沖形式輸出，實現與CNC的連接。

　　實驗結果分析

　　本設計，應用虛擬儀器技術設計出實驗測試平臺，記錄實驗測試結果。虛擬測試平臺配置如下：軟件NI LabVIEW 8.0，硬件NI M系列多功能數據采集卡PCI-6251，16、NI 計數器/定時器PCI-6602。

　　圖5給出了加工過程中的速度波形。圖5表明，系統的加、減速時間小于200ms;無位置超調;穩定時，速度波動小于0.1轉。速度頻率響應:大于300Hz;速度波動率：小于±0.01%(負載0～100%)、0(電源±10%);調速范圍：0.1rpm~3000rpm;回轉定位精度：1個脈沖。

　　圖6給出了驅動器配國產某品牌加工中心的機械加工結果。實驗測試數據：上表面表面粗糙度Ra1.6μm;側面(即測量面)的粗糙度Ra3.2μm。

　　結語

　　針對數控機床進給控制，采用磁場定向控制與前饋補償控制，以 TMS320F2812DSP 控制器、IPM功率模塊、TS5667N120 17位絕對式編碼器為主要功能部件，設計出的永磁同步電機伺服驅動控制器，在數控加工中心的應用中，具有定位無超調、高剛性、高速度穩定性，達到了設計指標，可以滿足微米級加工精度的要求。