竹節(jié)紗控制系統(tǒng)伺服控制器介紹

　　根據(jù)竹節(jié)紗生產(chǎn)工藝要求設(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示?？刂破髦饕葾RM和觸摸液晶屏組成，并輔以其它外圍電路。以ARM為核心

的控制器需要完成系統(tǒng)參數(shù)及工藝參數(shù)的輸入、工藝過程顯示、密碼設(shè)置、報(bào)警等功能?？刂破鹘邮障到y(tǒng)的輸入量如機(jī)器的高速運(yùn)行信號、低

速運(yùn)行信號、緊急停車信號，輸出系統(tǒng)控制信號如竹節(jié)紗指示、伺服系統(tǒng)準(zhǔn)備好、系統(tǒng)故障等信號;為測量前羅拉的轉(zhuǎn)速，前羅拉編碼器的A、

正交信號也輸入到控制器當(dāng)中，控制器根據(jù)相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算出應(yīng)發(fā)給驅(qū)動(dòng)器的脈沖的周期與個(gè)數(shù)，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)脈沖周期與個(gè)數(shù)控制永磁同步

伺服電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)過的角度，以此帶動(dòng)中、后羅拉運(yùn)轉(zhuǎn)。只要控制器能連續(xù)給驅(qū)動(dòng)器發(fā)出脈沖，永磁電動(dòng)機(jī)便能夠連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂破魇褂?/p>

Modbus協(xié)議，與驅(qū)動(dòng)器中的DSP進(jìn)行串行通訊，接收DSP送來的運(yùn)行參數(shù)，如電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速、電流等。

　　2.1基于ARM的控制器

　　控制器選用三星公司的S3C2440作為控制芯片，其內(nèi)核為ARM公司的ARM920T處理器核，屬于32位微控制器。片內(nèi)集成了豐富的功能模塊，

如USB接口、LCD控制器、ADC和DAC、DSP協(xié)處理器等，既可簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，又能提高系統(tǒng)可靠性。圖3為采用該芯片設(shè)計(jì)的竹節(jié)紗伺服系統(tǒng)控制

器。觸摸液晶屏選用四線5.7英寸模擬屏，EEPROM用于儲(chǔ)存現(xiàn)場設(shè)置的參數(shù)。

　　在ARM中移植嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 5.0，Windows CE是微軟開發(fā)的于嵌入式領(lǐng)域：的一款可裁剪的32位實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。

和其他嵌入式操作系統(tǒng)相比，它具有可靠性好、實(shí)時(shí)性高、內(nèi)核體積小及可伸縮性、強(qiáng)大的通信能力等特點(diǎn)，所以被廣泛用于各種嵌入式智能

設(shè)備的開發(fā)，是當(dāng)今應(yīng)用zui多、增長zui快的嵌入式操作系統(tǒng)。

　　以串V1通訊為例來說明在此系統(tǒng)下對外設(shè)操作的流程。每次打開或關(guān)閉串口都要調(diào)用文件API對;串口設(shè)備進(jìn)行訪問，文件API被操作系統(tǒng)

轉(zhuǎn)發(fā)到FileSys.exe進(jìn)程中，當(dāng)FileSys.exe識別是對設(shè)備操作的信息，便會(huì)把執(zhí)行交給設(shè)備管理器處理;設(shè)備管葷理器將根據(jù)具體的請求，調(diào)

用串口驅(qū)動(dòng)程序中的接口;zui終，驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與硬件的交互。

　　此處的USB接口既可以用來連接標(biāo)準(zhǔn)的鼠標(biāo)，又可以接u盤。竹節(jié)紗生產(chǎn)的工藝參數(shù)可以通過此接口存儲(chǔ)在u盤中，也可以選擇存儲(chǔ)在ARM核

外擴(kuò)的EEPROM當(dāng)中。系統(tǒng)的輸入信號如高速運(yùn)行信號、低速運(yùn)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(qū)動(dòng)器

　　永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。本方案永磁同步電動(dòng)機(jī)的額定功率為2 kW，額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)2500個(gè)脈沖，另外還三路對稱的U、V、W信號，用于點(diǎn)擊起動(dòng)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(shí)現(xiàn)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(gè)比較單元的任何一個(gè)與通用定時(shí)器1（事件管理器A）或通用定時(shí)器3（事件管理器B）、比較單元、

死區(qū)單元和輸出邏輯結(jié)合使用就能產(chǎn)生一對死區(qū)和極性可編程的PWM信號，通過相應(yīng)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，*部分DSP根據(jù)外部輸入的運(yùn)行信號和觸摸屏上輸入的速度位置命令，與電機(jī)反饋的位置和速度信號進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，給出轉(zhuǎn)矩命

令，勵(lì)磁分量一般給定為零。第二部分根據(jù)采樣得到的相電流i 、i 和位置信號0 進(jìn)行坐標(biāo)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(guān)信號的占空比即導(dǎo)通時(shí)間，送入DSP的比較寄存器，輸出6路開關(guān)信號PWM1～PWM6。

　　3 實(shí)驗(yàn)

　　將該裝置安裝在改造后的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上，現(xiàn)場使用表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。圖6是紡制不同紗型時(shí)前羅拉編碼器和

伺服電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)速為163r/min，驅(qū)動(dòng)中、

后羅拉的伺服電動(dòng)機(jī)編碼器反饋的脈沖數(shù)經(jīng)分頻后為每圈400個(gè)，測得的脈沖周期為1 ms，其轉(zhuǎn)速為150 r/min，兩者保持恒定的速比。圖6b是

紡竹節(jié)紗的波形，基紗對應(yīng)的伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為150r/min，速度反饋的波形周期應(yīng)為1 ms，竹節(jié)紗對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為375 r/rain，速度反饋的波形

周期應(yīng)為400μs。為清晰起見，圖6b只捕獲了伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由375 r/min向150r/min降速的一個(gè)片段，640μs對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為234r/min，840s

對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為179r/min。