ARM和DSP設計的竹節紗控制系統伺服控制器方案

在ARM中移植嵌入式操作系統Windows CE 5．0，Windows CE是微軟開發的專用于嵌入式領域：的一款可裁剪的32位實時嵌入式操作系統。和其他嵌入式操作系統相比，它具有可靠性好、實時性高、內核體積小及可伸縮性、強大的通信能力等特點，所以被廣泛用于各種嵌入式智能設備的開發，是當今應用最多、增長最快的嵌入式操作系統。

以串V1通訊為例來說明在此系統下對外設操作的流程。每次打開或關閉串口都要調用文件API對；串口設備進行訪問，文件API被操作系統轉發到FileSys．exe進程中，當FileSys．exe識別是對設備操作的信息，便會把執行交給設備管理器處理；設備管葷理器將根據具體的請求，調用串口驅動程序中的接口；最終，驅動程序負責與硬件的交互。

此處的USB接口既可以用來連接標準的鼠標，又可以接u盤。竹節紗生產的工藝參數可以通過此接口存儲在u盤中，也可以選擇存儲在ARM核外擴的EEPROM當中。系統的輸入信號如高速運行信號、低速運行信號和緊急停車信號通過I／O口輸入給控制器，此外伺服指示信號、故障信號等輸出信號也是通過I／0口輸出。

2．2基于DSP的驅動器

永磁同步伺服驅動系統的硬件結構如圖4所示。本方案永磁同步電動機的額定功率為2 kW，額定轉速為2 000 r／min，額定電壓200V。編碼器兩路正交信號的分辨率為每轉2500個脈沖，另外還三路對稱的U、V、W信號，用于點擊起動和決定磁極的初始位置。三相變頻器中整流和逆變部分采用功率模塊，電流采樣采用變比為1：1 000的霍爾元件實現對主回路的電流信號的采樣，DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812。

TMS320F2812的事件管理器模塊中，利用3個比較單元的任何一個與通用定時器1(事件管理器A)或通用定時器3(事件管理器B)、比較單元、死區單元和輸出邏輯結合使用就能產生一對死區和極性可編程的PWM信號，通過相應的六路輸出引腳輸出。圖5為DSP伺服軟件框圖，軟件主要包括三部分，第一部分DSP根據外部輸入的運行信號和觸摸屏上輸入的速度位置命令，與電機反饋的位置和速度信號進行PI調節，給出轉矩命令，勵磁分量一般給定為零。第二部分根據采樣得到的相電流i 、i 和位置信號0 進行坐標變換。軟件的第三部分是利用空間矢量PWM(SVPWM)算法，求得三相逆變器開關信號的占空比即導通時間，送入DSP

的比較寄存器，輸出6路開關信號PWM1～PWM6。

3 實驗

將該裝置安裝在改造后的環錠細紗機上，現場使用表明系統穩定可靠，達到了預定系統設計要求。圖6是紡制不同紗型時前羅拉編碼器和伺服電動機速度反饋波形，圖6a是紡正常紗的波形，前羅拉編碼器每圈1024線，測得的脈沖周期為360μs，因此其轉速為163r／min，驅動中、后羅拉的伺服電動機編碼器反饋的脈沖數經分頻后為每圈400個，測得的脈沖周期為1 ms，其轉速為150 r／min，兩者保持恒定的速比。圖6b是紡竹節紗的波形，基紗對應的伺服電動機轉速為150r／min，速度反饋的波形周期應為1 ms，竹節紗對應的轉速為375 r／rain，速度反饋的波形周期應為400μs。為清晰起見，圖6b只捕獲了伺服電動機轉速由375 r／min向150r／min降速的一個片段，640μs對應的轉速為234r／min，840s對應的轉速為179r／min。

4 結 語

本文利用ARM和DSP雙處理器的配合，完成了竹節紗生產控制系統中伺服控制器的設計。ARM作為主處理器，負責生產過程的工藝控制，以及系統輸入、輸出信號的處理；DSP作為從處理器，主要完成電機的控制功能。現場運行表明，此系統穩定可靠，達到了預定的設計要求，具有很高的性價比。