ARM和DSP设计的竹节纱控制系统伺服控制器方案

有可靠性好、实时性高、内核体积小及可伸缩性、强大的通信能力等特点，所以被广泛用于各种嵌入式智能设备的开发，是当今应用最多、增长最快的嵌入式操作系统。

以串V1通讯为例来说明在此系统下对外设操作的流程。每次打开或关闭串口都要调用文件API对；串口设备进行访问，文件API被操作系统转发到FileSys．exe进程中，当FileSys．exe识别是对设备操作的信息，便会把执行交给设备管理器处理；设备管荤理器将根据具体的请求，调用串口驱动程序中的接口；最终，驱动程序负责与硬件的交互。

此处的USB接口既可以用来连接标准的鼠标，又可以接u盘。竹节纱生产的工艺参数可以通过此接口存储在u盘中，也可以选择存储在ARM核外扩的EEPROM当中。系统的输入信号如高速运行信号、低速运行信号和紧急停车信号通过I／O口输入给控制器，此外伺服指示信号、故障信号等输出信号也是通过I／0口输出。

2．2基于DSP的驱动器

永磁同步伺服驱动系统的硬件结构如图4所示。本方案永磁同步电动机的额定功率为2 kW，额定转速为2 000 r／min，额定电压200V。编码器两路正交信号的分辨率为每转2500个脉冲，另外还三路对称的U、V、W信号，用于点击起动和决定磁极的初始位置。三相变频器中整流和逆变部分采用功率模块，电流采样采用变比为1：1 000的霍尔元件实现对主回路的电流信号的采样，DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812。

TMS320F2812的事件管理器模块中，利用3个比较单元的任何一个与通用定时器1(事件管理器A)或通用定时器3(事件管理器B)、比较单元、死区单元和输出逻辑结合使用就能产生一对死区和极性可编程的PWM信号，通过相应的六路输出引脚输出。图5为DSP伺服软件框图，软件主要包括三部分，第一部分DSP根据外部输入的运行信号和触摸屏上输入的速度位置命令，与电机反馈的位置和速度信号进行PI调节，给出转矩命令，励磁分量一般给定为零。第二部分根据采样得到的相电流i 、i 和位置信号0 进行坐标变换。软件的第三部分是利用空间矢量PWM(SVPWM)算法，求得三相逆变器开关信号的占空比即导通时间，送入DSP

的比较寄存器，输出6路开关信号PWM1～PWM6。

3 实验

将该装置安装在改造后的环锭细纱机上，现场使用表明系统稳定可靠，达到了预定系统设计要求。图6是纺制不同纱型时前罗拉编码器和伺服电动机速度反馈波形，图6a是纺正常纱的波形，前罗拉编码器每圈1024线，测得的脉冲周期为360μs，因此其转速为163r／min，驱动中、后罗拉的伺服电动机编码器反馈的脉冲数经分频后为每圈400个，测得的脉冲周期为1 ms，其转速为150 r／min，两者保持恒定的速比。图6b是纺竹节纱的波形，基纱对应的伺服电动机转速为150r／min，速度反馈的波形周期应为1 ms，竹节纱对应的转速为375 r／rain，速度反馈的波形周期应为400μs。为清晰起见，图6b只捕获了伺服电动机转速由375 r／min向150r／min降速的一个片段，640μs对应的转速为234r／min，840s对应的转速为179r／min。

4 结 语

本文利用ARM和DSP双处理器的配合，完成了竹节纱生产控制系统中伺服控制器的设计。ARM作为主处理器，负责生产过程的工艺控制，以及系统输入、输出信号的处理；DSP作为从处理器，主要完成电机的控制功能。现场运行表明，此系统稳定可靠，达到了预定的设计要求，具有很高的性价比。