DSP点焊智能控制系统中AD电路的设计.pdf

DSP点焊智能控制系统中AD电路的设计 冯 桑1 2 黄石生1 林一松3 李远波1 陆沛涛1 1 1华南理工大学机械学院 510640 21广东工业大学机电学院 510090 31广州数控机床厂 510160 摘要 针对交流电阻点焊的控制特点 研制了一套基于DSP的点焊智能控制系统 在AD转换电路中 选用了12位4 通道高速AD T LV2544 文中详细介绍了T LV2544与DSP的接口 信号的输入以及软件设计 经工艺试验表明 系统具有 良好的精度 关键词 电阻点焊 控制系统 AD电路 T LV2544 中图分类号 TG438 2文献标识码 A 文章编号 1001 3881 2003 6 058 3 Design of AD Circuit in Spot Welding Intelligence Control System Based on DSP FENG Sang1 2 HUANG Shi2sheng1 LIN Yi2song3 LI Yuan2bo1 LU Pei2tao1 1 1Faculty of mechanical Eng SCUT 510640 21Faculty of electromechanical Eng G DUT 510090 31Guangzhou NC machine tool factory 510160 China Abstract Base on the control characteristics of the AC resistance spot welding a spot welding intelligence control system based on DSP is designed In the AD Circuit the 12 bit 4 channels high speed AD T LV2544 has been used The interface of T LV2544 and DSP sig2 nal input and software design are introduced detailed It is proven by technical experiment that this system get nice accuracy Keywords Spot Welding Control system AD Circuit T LV2544 针对交流电阻点焊的控制特点 本课题组研制了 一套以DSP TMS320VC5402 为核心的点焊智能控制 系统 1 系统由MCU DSP AD DSP模块负责智能 控制程序运算 包括电流有效值神经网络计算及可控 硅触发角模糊控制等自编程序 AD第 二 部 分 由AD转 换 器 T LV2544组成 完成AD转换 第三部分由八相缓冲 器74LS244组成 完成DSP与T LV2544之间的通讯 1 AD转换器T LV2544简介 AD转换是DSP控制信息的主要来源之一 所有 的模拟信号均通过它传递给DSP AD转换器的选取 主要考虑所采集模拟信号的数量 精度 及与DSP 的速度匹配等 综合考虑后选用TI公司生产的12位 4通道高速AD T LV2544 T LV2544的主要技术性能 为 最大采样频率200KSPS 最快转换时间316 s 时 钟频率20MHz 模拟量输入范围0 515V 串行接口 允许最大带宽500kHz 最大非线性误差 1LSB 工 作电源为单电源217 515Vdc 最大功耗11155mW T LV2544各引脚的功能如表1 2 表1 T LV2544引脚说明 引脚名作用 SDO转换好的数字信号输出口 SDI控制信号输入口 SCLK时钟信号输入口 EOC INT转换结束标志 VCC电源 A0 A3模拟量输入通道 0 3 CS片选信号 REFP最大参考电压 REFM最小参考电压 FS转换开始信号 G ND地信号 本设计中的AD转换电路是通过DSP中的多通道 缓冲串口MCBSP来控制T LV2544工作的 MCBSP通 过其数据输出口DX0输出控制字给T LV2544的SDI 85 机床与液压 20031No16 基金项目 广东省科技攻关项目 2K M00701G 口 从而达到控制的目的 该控制字为16位 其中 前四位是指令位 用于决定T LV2544的输入模式 如果T LV2544接收到的前四位是0XA 那么接下 来的12位就会被当作控制字来译码 相反 如果前4 位接收到的是0XE 那么将继续输出FIFO的内容到 SDO中 其高四位命令设置的含义以及0 11位的控 制寄存器位的定义请参阅有关手册 2 随着T LV2544的有规律控制 只要再给T LV2544 一个同步帧脉冲就可以开始AD转换了 AD转换结 果自动存于FIFO栈中 当FIFO达到一定时 达到的 程度由控制字的0 1位来决定 ADC芯片将产生一 个输出信号INT 并且等待DSP接收 图2 AD电路原理图 2 T LV2544与DSP的接口 AD电路与DSP模块的通讯接口见表2 表2 T LV2544与DSP模块的接口 信号名作用 5V 电源信号 从DSP模块取出 使整个系统同时 上电 G ND 地信号 从DSP模块发出 保持系统的地信 号相同 ADEN片选和使能信号 X FSX0发送同步帧 使AD转换开始 X DX0 发送从MCBSP到T LV2544的控制指 令 X FSR0 接收X FSX0的信号 使DSP模块和 ADC保持同步 X CLKX0发送时钟频率信号给T LV2544 X CLKR0 接收X CLKX0时钟 使DSP模块和 ADC保持时钟同步 X DR0接收T LV2544的转换好的数字数据 T LV2544系统使用查询方法 EOC INT 4 必 须加上拉电阻 外界输入电压为0 5V 为了简化电 路 直接使用电源电压作为参考电压 整个电路的工作过程如下 1 ADEN由高点平 跳变为低电平时 选通T LV2544 2 接着 DSP的 X CLKX0端发送时钟至T LV2544的SCLK端 同时X CLKR0端也接收这个时钟 从而使DSP和T LV2544保 持相同的时钟频率 3 DSP把控制指令写到MCBSP 上 当同步帧信号X FSX0发送同步帧信号到FS端 时 AD转换开始 T LV2544先从SDI口接收DSP中 DX0口发送的控制字 然后依照控制字进行AD转 换 4 按照控制字转换到一定时候 比如说FIFO 堆栈满 则发出INT信号 以通知DSP接收 5 DSP接收到INT信号后 开始由X DR0口读入经AD 转换后的串行数据 这样就完成了一次AD转换 然后根据控制字的 要求进行下一次的AD转换 3 信号的输入 本系统采用次级回路空心线圈法检测电阻点焊的 电流 系统中先测量空载功率因素角 然后实时测量 电流峰值角和电流峰值 计算电流有效值 进行处 理 得出一定的逻辑信号关系 再由AD输入口和I O端子读入 完成整个控制器的工作时序 电流信号的采集板如图3所示 其中以U201A为 中心构成电流波形还原电路 以U201B和U201D构 成绝对值整形与峰值电流采样电路 以U201C U203A和U204为中心构成峰值角提取电路 以U203 95 机床与液压 20031No16 图3 电流检测电路图 C和U206D为中心构成电流过零点电路 该电路板各 个部分的功能如下 3 1 电流波形还原电路 空心 线圈传感器的输出电动势e正比于被测电流I的变化 率di dt 线圈上产生的电压是焊接电流微分的结 果 所以电路首先对信号进行积分运算 2 绝对值 运算与放大电路 因为空心感应线圈交流信号有正 负两个半波 为了简化AD的输入电路 对交流信号 进行绝对值运算 得到脉动直流信号 再对脉动直流 信号进行比例处理 得到供T LV2544的峰值电流输入 信号 3 电流过零脉冲信号 空载情况下 电流过 零点和电压过零点非常接近功率系统因素角 经过修 正后 可以代替功率因素角进行电流有效值计算 4 电流峰值角脉冲信号 系统的电流有效值计算方 法是峰值角法 电流峰值角是一个重要的测量值 而 且电流峰值角还是电流峰值测量的启动信号 为保护T LV2544 设计了如图2所示的AD输入 箝位电路 在模拟输入端接电容103用来滤高频 以 确保AD转换的精度 在电压端接电容103 最高参 考电压端REFP和最低参考电压端REFM接10UF的电 解电容以滤去低频信号 接电容103以滤去高频信 号 D2001 D2004是5 1V稳压二极管 稳压二极 管的特性是超过某一电压值则击穿导通 并保持该电 压恒定 D2001 D2004使TIL2544的输入电压箝位在 511V以下 从而起到保护的作用 交流电阻点焊机的工作电压是380V的线电压 虽然二次电流和电压已通过点焊变压器隔离 但机身 还会带有静电 况且如果出现漏电故障时 电压直接 加载到模拟输入端 这是造成弱电部分的元部件损坏 的主要原因之一 加光电隔离是比较理想的做法 本 系统应用TIL300A精密线性光耦 从电气上完全把强 电部分和弱电部分隔开 保证弱电元件的安全 TIL300A由一个红外发光LED 一个反馈光电二 极管和一个输出光电二极管组成 反馈光电二极管吸 收LED的光产生控制电流 通过运放调节LED的驱 动电流 输出光电二极管产生与LED驱动电流成线 性比例的电流 4 AD电路控制软件设计 下面为该模块的驱动软件源程序 T LV2544工作 在 Single Shot 模式 3 SingleShotMode PUSH AL CPL 0 DP used for relative addressing DP AD DP Set Data Page Call ADC Write Read Function Write to Transmitter and Read from Re2 ceiver of McBSP0 Data to be written out must be stored in Accum A data received in stored in Accum B Temp port DSP CPLD DBIO Temp Temp enable the Input select SSMode high Temp port INPUT Addr read data on the bus 下转第327页 06 机床与液压 20031No16 表3 多项式拟合系数 区域PQRS 1 71226 2118271191089 01169 271272211842 11911641801175 3 71283 21182511911561791825 471218211848 11911023601172 综上所述 可以在叶片发生同步振动的情况下 通过已知安装角间距为 的两个传感器A B 采 用非接触测量方法测试叶片振动幅值信号xA和xB 由xA和xB构造双参数轨迹图 从轨迹图中计算出相 位差 最后经式 6 计算出叶片同步振动频率大 小 3 结束语 采用文献 3 4 的间断相位法对叶片的振动 的监测主要集中于单一传感器信号分析 没有对各个 传感器的信息进行融合 只能够测量出叶片振动幅值 的大小 而不能直接测量叶片振动频率值的大小 本 文采用两个传感器的信息融合技术 通过多源信息的 综合分析 计算 推理 得出了叶片振动频率信息 提高了传感器系统的有效性 消除了单个传感器不能 获取叶片共振频率值的局限性 参考文献 1 滕召胜 罗隆福 童调生 1 智能检测系统与数据融合 1 机械工业出版社 1999112 2 华东电力实验研究所等著 1 汽轮机叶片的振动特性和 调整 1 电力工业出版社 1980 3 汽轮机叶片振动的非接触测量法 1 日本机械学会论文 集 c 1994 4 应用非接触叶片振动测量系统测量压气机动叶的振动 1 日本机械学会论文集 1995 c 5 P Nava and N Paone Design and Experimental Charac2 terization of a Non intrusive Measurement System of Rotating Blade Vibration Journal of Engineering for Gas Turbines and Power July 1994 vol 116 6 Panoe N Rossis G L Non intrusive Measurement of Blade Tip Vibration in Turbo machine ASME Paper 19911No 91 GT 301 收稿时间 2002 12 09 上接第60页 Temp Temp Test if EOC 0 A Temp if AEQ goto SSMode high EOC 1 wait EOC 0 pass SSMode low Temp port INPUT Addr read data on the bus Temp Temp Test if EOC 1 A Temp if ANEQ goto SSMode low EOC 0 wait EOC 1 pass finish convert Temp port DSP CPLD DBIO Temp Temp Input dis