基于DSP的步进电机细分控制器设计

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1、摘要摘要机器人以其耐疲劳、梢度高和适应恶劣环境的能力强等优势，在外科手术领域具有得天独厚的优势。国外研究机构首先进行了这方面的研究，并取得相当骄人的成果，其产品己实现商用。国内的相关研究也已启动，南开大学机器人所承担了863计划资助课题—机器人辅助显微外科手术系统(RAMS)的研究，RAMS采用主从随动模式的系统结构。医生通过操作主手向系统发送命令，医生对主手施加的操作通过控制系统处理后在从手端输出执行，经过系统的处理，手术动作更加稳定、精确。RAMS系统相对于人的优势关键在于其精度，而系统精度的提高首先依赖于执行机构—电

2、机的控制精度。本文以提高控制精度为目标，对步进电机的工作原理及其控制方法进行充分解析后，提出一种细分控制策略，该方法通过调节电机定子两相绕组中的电流，使之严格按照正交的正弦函数(即相位相差90度)曲线变化，达到微步驱动的目的。实现过程中，根据系统性能及安全方面的要求，我们以TI公司TMS320LF2407ADSP为核心，完成了系统的软硬件设计，主要采用PID数字控制方法，对绕组电流进行实时控制。同时，我们给出了超速封锁、细分自适应、启动时稳定回归零位等功能的详细实现方法。最后，我们以步进电机的动态特性为基础，对其加减速过程

3、进行了深入探讨。实验结果表明，本文的设计方案较好的完成了预定目标，在提高步进电机步进精度的同时，解决了噪音、振动及不均匀步距等常见问题。关键词:步进电机，微步驱动，DSP,PII)控制八bstractAbstractRobothasanadvantageinsurgeryareabecauseofitsendurance,high-precisionandtheabilitytoadaptadversecircumstances.Foreignresearchinstitutionshavebeendoingsuchres

4、earchforseveralyears,andmadesubstantialachievements.Theirproductshavebeenrealizedcommercially.Domesticrelatedresearchalsohasbeenstarted.InstituteofRobotandInformationSysteminNankaiuniversitytakesonthetaskofnational863programproject-RobotAssistantMicrosurgerySystem

5、(RAMS).RAMSadoptsmaster-slave-handsystematicstructure.Doctorssendcommandstothesystemthroughthemasterhands,thesecommandsareexecutedbytheslavehandsaftertheyareprocessedbythecontrolsystem,whichmakesthesurgicalactionsmoreaccurateandsteadier.Comparedwithhumanbeings,RAM

6、S'superiorityduestoitshigh-precision,andsystemprecisionmainlydependsontheresolutionoftheexecutingmechanism----inotor.Thisarticleregardsimprovingthecontrolprecisionofsteppingmotorsasthegoal.Afterdeeplyanalyzingandresearchingprinciplesandcontrolmethodsofsteppingmoto

7、r,weproposeasubdivisioncontrolstrategy,whichcontrolsthecurrentsofthetwophasesofthemotor,makingthemchangeaccordingtotheorthogonalsinusoidalscalar-formcurve.Basedontherequirementofperformanceandsecurity,oursystematicsolutionselectsTMS320LF2407ADSPofTI'sasthecorecont

8、rolchiptofinishthedesignofsystemicsoftwareandhardware.PIDdigitalcontrolmethodisusedtoreal-timecontrolthecurrentsofmotor.Atthesametime,implementationofov