DSP和ARM的音圈电机伺服控制系统设计

位和过流保护

考虑到系统运行安全，需要对系统进行限位和过流保护设计，本设计通过软件监控来实现保护。过流保护，即把每次采样的电流和允许的最大电流值进行比较，当采样值大于最大电流值时，对功率电路进行管理。有两种处理方法：其一，直接封锁PWM信号，关断功率电路的各功率管，并给出过流指示;其二，功率驱动芯片LMD182000自带刹车功能，只需通过ARM使能LMD182000的刹车引脚，便可使功率管处于关断状态，然后给出过流指示。限位保护，即把每次采集到的实时值和目标指令值分别与设定极限值比较，若实时位置超出设定极限值，且目标指令值在极限值之内，则利用位置环使其跟随目标值。若目标指令值超出设定极限值，则把极限值设为新的目标指令值。

2.3 DSP软件设计

按照系统的功能划分，主要的控制和通信功能已由ARM来完成，DSP主要完成系统初始化、通信、位置控制算法。DSP的软件设计遵循自上而下的思路，按功能划分了软件模块。DSP程序包括：主程序、系统初始化子程序、定时器T0中断服务程序等。

2.3.1 DSP主程序

DSP主程序主要完成系统的初始化、定时器中断配置、启动定时器、等待定时器中断。系统初始化包括时钟初始化、外设初始化、中断服务程序初始化等。当定时器中断产生时，程序转向执行中断，完成位置控制算法。定时器时间即位置控制算法的调节周期，根据实时位置的采样周期来确定。定时器时间若设置过短，频繁的调节会造成系统的不稳定;若过长，则无法达到好的调节效果，本实验中定时器时间选择为采样周期的4倍。主程序流程图如图4所示。

2.3.2 定时器T0中断程序

定时器T0中断程序主要完成位置环的计算。根据课题中音圈电机系统的特点，位置环采用积分分离式比例和积分(PI)控制算法，为减小累计误差对系统的影响，采用增量式PI控制。

位置调节器的输出可表示为：

△Pn=Pn-Pn-1=KP(en-en-1)+βKIen

其中KP、KI分别为位置调节器的比例、积分系数;en为第n次采样的偏差;

为积分项的开关系数，ε为根据实际情况设定的积分分离阈值。

当电机的实际位置与给定期望位置的误差小于一定值时，再恢复积分校正环节，以便消除系统的稳态误差，保证伺服电机位置控制的精度。

3 实验结果

DSP+ARM双核控制器硬件电路经过测试可用，并在控制器上实现了相关控制算法，验证了算法的可行性，系统响应速度快，稳态精度高。据统计，稳态精度能达到30 s。图5为阶跃响应实验曲线。图6表明，系统受到外界干扰后能迅速恢复到原平衡位置，抗干扰能力强。

结语

本文提出了一种基于浮点DSP和ARM的音圈电机驱动控制器，完成了用于激光定位和扫描的音圈电机位置伺服控制。实验结果表明，系统具有较好的稳、动态性能以及抗干扰能力，可以满足系统的要求。通过功能的合理划分，实现了资源的合理配置;ARM的运用，大大简化了硬件设计，分担了DSP的计算任务，保证了控制系统的实时性。