基于CAN总线的数字智能伺服控制器开发

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1、。。。。。。。．。。。。机电控制基于CAN总线的数字智能伺服控制器开发DesignofDigitalServoControllerBasedonCANBus北京航空制造工程研究所刘斌周万勇张杨【摘要】介绍了一种基于CAN总线的数字智能伺服控制嚣。围绕控制器的硬件设计、电机控制策略和软件设计3项关键技术展开研究．重点描述控制器的硬件设计，试验结果表明了该控制嚣的正确性和有效性．关键词：CAN总线DSP控制器电机控制IABSTRACTlAdigitalscrvocontrollerbased011CANbusisintro

2、ducedThreepivotaltechniqliesoftheser’o，includingthehardwaredesign．themotorcontrolarithmeticandthesoftwaredesignaremainlystudied，thehardwaredesignisdescribedparticularly．TheresultsshowthecorrectnessandeffectivenessofthedigitalservoCOn—troller．Keywords：CANbusDSPch

3、ipMotorcontrol在航空领域中，随着航空专用设备的不断发展，出现了诸如蒙皮拙形柔性多点模具、大型蒙皮柔性铣削工装等一系列航空专用设备，它们共同特点是都会用到大量精准的点位轴控制，而且这些轴相互独立．不需要数控机床一类的复杂数控系统。针对这个特点，可以使用智能数字伺服控制器和现场总线技术组成分布式轴控系统来实现。因此，依托航空基金课题开发r一种基于CAN总线的智能数字伺服控制器。国外对这种智能数字伺服控制器的研究起步较早且目前已经较为成熟，如以色列ELMO、美国丹纳赫、瑞士TechnosoflS．A等公司的产品

4、已在国内销售，但是价格非常昂贵。国内在这方面研究起步较晚，数控厂商产品领域多接近传统数控系统，部分大学及科研机构从事过此方面的研究，但由于应用对象等方面的原因并未成熟井形成产业。1系统组成基干现场总线的数字智能伺服控制器利用现场总线通信，可以进行高速数学运算．并且对电机进行各种方式的精确控制，它由控制器硬件系统加载控制软件组成。在控制器系统中，硬件系统是控制器的基础．选择可编程高速DSP微控制器为核心芯片，根据功能需求设计满足电机控制．系统通信等所需外用电路组成硬件系统。控制软件是控制器的灵魂．整个软件围绕控制算法展开

5、，使用编程语言编程，通过程序控制系统硬件，最终实现控制器各项功能，系统组成如图1所示。圃。圃硬件系统控制软件圃1控赫器$统目成Fi91Compositionof∞Rtrollersystom圈2硬件设计本数字钿能伺服控制器硬件没计具有一机多用的特点，可以满足小功率直流伺暇电机、直流无刷伺服电机、永磁同步交流伺服电机的控制需求，使用直流伺服电机作为验证对象。在硬件系统设计巾，选择了TI公司的TMS320LF2A07A芯片作为核心微控制器，它不仅具有高速运算和处理大量数据的能力，而且片上集成了大容量的片上存储器和专用运动控

6、制外设．使电路设计更加简洁、高效。21电机控制原理电机控制最常用的方法是电枢电压控制法，即使用半导体开关元器件搭建桥式驱动电路(两相或三相)．通过微控制器产生脉宽调制(PWM)渡形来控制电动机电枢电压，实现电机调节。以直流电机为例，H型受限单极性可逆PWM驱动系统，通过产生PWM波形分别控制图2中开关器件V1，V2、V3、V4的通断，实现电机的正反转，同时控制一个PWM周期内开关管导通时间与周期时间比值(即占空比)．从而改变电枢电压平均值，达到调节电机的目的⋯。2．2控制器硬件结构控制器硬件主要包括以DSP为核心展开的

7、主控制2010年第23鲫·航空纠遗技术109．!!!．!!!：丝墼!tt-!!．t!。!!。!!!!!!-sitsi!!!。t田2HI§艰单槭性可逆PwM驱动％缱哟2H一曲apedwm加d驯gb舯Hf竹⋯№嗍d州Bsysmm电路板和以功率主叫蹄为主的驱动电路扳．核心控制板包括CAN总线驱动模块，RS232驱动模块、存储器扩展模块、I／O数字量处理模块等，丰要完成电机柠制讣苒、涵信交互数据处理等1=俸i驱动板主要完成也机功率驱动，包括功率驱动电路，屯流反馈采样电路端码器反馈电路模块、母线电流监拄模块，控制器硬件结构如蚓3

8、所不，．敏}什能¨ⅢKⅫ#：善罄摹．女‘!HTMS320LF2407AHEEeltOM刨南南尚口3控制嚣爱件结构F叼3H№xdwams盯u咖∞ol∞mrolb’23主控制核心板设计TMS320LF2407A芯片具有丰富的片l：资源，集成了CAN控制器、SCI接Ll模块、A／D转换模块，大量的I／O口等模块”J。在实现CAN通信、R