基于AT89C51+DSP的双CPU伺服运动控制器的研究

1、基于at89c51+dsp的双cpu伺服运动控制器的研究 1 引 言 近年来,随着创造业的不断长进,现代创造业对精密化、精确化、高速化、进展的要求越来越高,传统的运动控制器大部分采纳8051系列的8位,这种单片机虽然节约了开发周期,但缺乏灵便性,且运算能力有限,难以胜任高要求运作设备 1 .的数据运算和处理功能非常强大,即使在很复杂的控制系统中,其采样周期也可以取得很小,控制效果可以临近于延续系统. 把dsp与单片机各自优势相结合将是高性能数控系统的进展趋势. 本文针对数控系统的要求,开发了以ti公司的高性能浮点dsp和atmel公司的at89c51为主控芯片的运动控制器. 它以工业pc作为基

2、本平台,通过pci接口与嵌入式工业pc协调并举行数据交换,并以dsp高速运动控制卡作细插补和伺服控制的核心,来对永磁同步的运动举行控制,取得了良好的应用效果.2 hanuc cnc2000 i系统hanuc cnc2000 i系统控制框图1所示,系统主要包括嵌入式pc、操作面板、运动控制模块、彩显、输入/输出模块、数控键盘、dnc模块几部分.为实现高速、高精确度曲面轮廓精加工,必需提高微段轮廓线的说明执行能力和伺服驱动特性,为了保证零件程序的传送、插补、加减速控制等的延续处理, cnc应具备足够高的数据处理能力. 但一般的pc机在工业现场控制中,存在体积大、功耗高、牢靠性差等缺点. 基于这种状

3、况, 嵌入式工业微机pcl04模块应运而生.图1 hanuc cnc2000i数控系统结构框图本系统的嵌入式pc采纳intel80486处理器,内置32m缓存,ms - dos操作系统. 与传统的工业pc相比,其32m缓存保证了数控系统加工时的迅速性和精确性. 由于,在加工的时候,缓存内的数据段挺直和后续的译码程序相关联,所以缓存的容量越大,所存储的程序越多,执行起来也越快,并且还能举行小线段插补,充分保证了加工的精确度. 与其相连的dnc模块可通过rs232接口与上位机通信,使得囫囵系统具有良好的开放性.运动控制模块是本系统的核心,它以智能功率模块为开关器件,以tmslf2407 +at89

4、c51为硬件控制核心,采纳空间矢量控制办法. 它发出控制指令给伺服,伺服放大器得到信号后发出命令控制沟通永磁伺服电机,将实际工作状况通过伺服放大器返回给运动控制模块,这种闭环控制模式充分保证了加工精确度. 通过正、负限位开关防止“飞车”、失控等危急事故发生. 沟通伺服驱动系统的结构2所示.图2 沟通伺服驱动系统结构图tmslf2407是用来实现环、速度环、svp2wm信号发生、故障检测、庇护、信号处理及实时性比较高的矢量控制和闭环控制. 用单片机完成实时性要求比较低的管理任务,如i/o接口管理、键盘处理、显示、串行通讯等. 用于at89c51与dsp之间的数据交换. 且系统可支持模拟速度输入、

5、数字速度输入、脉冲输入及通过上位机举行控制等功能.3 空间矢量脉宽调制原理在全数字控制的沟通伺服驱动系统中,通常采纳数字脉宽调制办法来代替传统的模拟脉宽调制.而在众多的脉宽调制技术中,空间电压矢量是一种优化的技术,能显然减小输出电流的谐波成分及电动机的谐波损耗,降低脉动转矩,且其控制容易,数字化实现便利,电压利用率高,已有取代传统spwm的趋势.在本文中, tk 和tk+1分离为在逆变器相邻两个工作状态vsk和vsk+1下的导通时光,表示为在一个完整的调制周期ts 内, 除了tk 和tk+1的导通时光外, 其余为0 状态时光. 0 状态时光t0 由两个自由轮换状态时光t7 和t8 用等式表示为

6、t0 =t7+t8 =ts-tk-tk+1 (2)因为0状态存在于每一个区域内,普通发生在每个调制周期的开头和结束时, 总的0状态时光普通分成两个相同的0状态时光,即t7 = t8 =t0/2(3)以便获得对称的空间矢量脉宽调制信号.依据式( 1 ) ( 3 ) 可得到对应电压空间矢量v*sref在0类似的办法可以计算出电压参考信号v*sref在其他5区域内双边空间矢量脉宽调制的三相逆变器开关时光,如表1所示.图5 数据处理模块子程序框图5 试验讨论伺服系统是数控装置和机床的联系环节,伺服系统的性能,在很大程度上打算了数控机床的性能. 本文在一台hanuc cnc2000 i系统中举行了试验讨论, 给出了其中一轴的伺服性能波形图。图8和图9给出了cnc2000 i系统的加工程序的x 轴沟通伺服系统的性能波形, 5个通道分离为速度命令n (单位: r /min) , 反馈速度n (单位: r /min) ,转矩图形误差e (% ) ,零偏差u (单位: v) ,定位完成信号s (单位:v) .从实测波形图中可以看出,该伺服系统具有良好的位置跟踪性和精确的定位控制精确度.图6 总线控制模块流程图图7 参数管理模块流程图6 结 语因为采纳单片机与dsp协作,系统的运算和实时处理的能力大大增加,可以适应多坐标轴、高速度、高精确度的数控系统,实现单处理器系统难以实现的功能