基于TMS320F2812的工業(yè)縫紉機(jī)交流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)
俞迪峰1，王竹林2，孫正捷3，楊成,忠1
（1．杭州電子科技大學(xué)信息與控制研究所，杭州310018;2杭州電子科技大學(xué)科技處
杭州310018；3．浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)研究院，杭州310013）
摘要：介紹了一種工業(yè)縫紉機(jī)交流伺服系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方案，其控制核心采用‘IMS320F2812DSP.同時(shí)闡述了其外圍電路和智能功率模塊的使用。系統(tǒng)控制策略采用空間矢量控制算法。通過對(duì)該系統(tǒng)的測(cè)試，表明方案可行且效果良好。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器；交流伺服系統(tǒng)；工業(yè)縫紉機(jī)；空間矢量控制
中圖分類號(hào)：TM359. 9；TP271+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-6848(2010) 01-0071-03
0引 言
目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)縫紉機(jī)很多仍然使用離合器電機(jī)或方波直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，其效率比較低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，且不利于針頭精確定位。為適應(yīng)服裝加工要求的勻速、精準(zhǔn)等特性，新型的工業(yè)縫紉機(jī)逐漸以永磁同步電機(jī)為控制對(duì)象的交流伺服系統(tǒng)來取代舊有控制系統(tǒng)。然而市場(chǎng)上該類高性能工業(yè)縫紉機(jī)大部分為國(guó)外品牌所占據(jù)，由于不具備核心技術(shù)，因此應(yīng)用成本較高。針對(duì)這一狀況，本文設(shè)計(jì)了一種以TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器( DSP)為核心，用于工業(yè)縫紉機(jī)的永磁同步電機(jī)交流伺服控制系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)軟硬件的實(shí)現(xiàn)方法。該設(shè)計(jì)方案能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行調(diào)速等功能，具有高性能、高可靠性、低成本等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)縫紉機(jī)復(fù)雜的縫制工藝提供了較好的平臺(tái)。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的工業(yè)縫紉機(jī)交流伺服系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
該系統(tǒng)主要包括基于TMS320 F2812的DSP控制器、IPM智能功率驅(qū)動(dòng)模塊、系統(tǒng)保護(hù)電路、開關(guān)電源等模塊。
系統(tǒng)以交流永磁同步電機(jī)為控制對(duì)象，其具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，響應(yīng)頻率高，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)[1],此外，開關(guān)電源需要為各模塊提供不同的電壓值以滿足系統(tǒng)需求。開關(guān)電源性能對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要影響，本設(shè)計(jì)采用電流型PWM集成控制器UC3843作為電源控制芯片，不僅簡(jiǎn)化了電源元器件，同時(shí)也能有效抑制紋波電壓，提高系統(tǒng)可靠性。
1)控制器與外圍電路
控制電路以TMS320F2812 DSP為核心[2，3]。其內(nèi)部集成了事件管理器模塊，特別適合運(yùn)動(dòng)控制及電機(jī)控制。該DSP內(nèi)核電壓為1.8 V或1.9 V，I/O外設(shè)電壓為3.3 V，為了保證上電過程中所有模塊具有正確的復(fù)位狀態(tài)，要求I/O先于內(nèi)核供電。本設(shè)計(jì)選用TPS70151作為DSP供電芯片，當(dāng)110 3.3 V電壓上升到百分之83時(shí)才對(duì)內(nèi)核1.8 V供電，從而使DSP以正確順序上電。
本控制器外圍電路包括電流采樣電路、光電編碼電路、腳踏板信號(hào)電路及電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路等。永磁同步電機(jī)端電流采樣采用TBC06DS霍爾電流傳感器，其測(cè)量額定電流為±3A，額定輸出為2.5 V ±0. 625 V，測(cè)量峰值電流可達(dá)±12 A，輸出則為2.5 V±2 V。兩路霍爾電流傳感器輸出OUT端分別經(jīng)放大電路后轉(zhuǎn)換為0 25 V -2. 25 V電壓信號(hào)，輸入DSP的ADCINAO和ADCINAI接口進(jìn)行采樣，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電流環(huán)控制。如圖2所示。
為實(shí)現(xiàn)工業(yè)縫紉機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制，必須對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)速度環(huán)控制。工業(yè)縫紉機(jī)電機(jī)通常轉(zhuǎn)速在100 r/min到4000 r/min之間，其定位精度要求在±2度內(nèi)。本系統(tǒng)光電碼盤為360線增量式編碼盤，其產(chǎn)生的正交脈沖信號(hào)經(jīng)4倍頻后得到1440個(gè)跳邊沿信號(hào)，分辨率可達(dá)到0. 25度，精度已經(jīng)完全滿足工業(yè)縫紉機(jī)的定位要求，并且成本低廉，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠。編碼器選用Agilent公司HEDS-9700光電編碼器，其內(nèi)部集成了信號(hào)處理及比較電路，可直接輸出AB正交脈沖編碼信號(hào)，用于判斷轉(zhuǎn)子位置及旋轉(zhuǎn)方向，它兼容TTL電平，可經(jīng)過Schmitt觸發(fā)器整形后直接輸入到DSP的QEP接口，從而可以很方便地 |
