基于ARM的超聲波電動機嵌入式驅(qū)動控制系統(tǒng)
段小匯 ，莫岳平 ，張新星
(i鹽城工學(xué)院，江蘇鹽城224003；2揚州大學(xué)，江蘇揚州225009)
摘要：介紹了環(huán)形行波型超聲波電動機的一種新型驅(qū)動控制方案。該系統(tǒng)以S3C44BOX系列ARM微控制器為核心，并將bC／OS II多任務(wù)實時操作系統(tǒng)和#,C／GUI圖形系統(tǒng)移植到ARM微控制器上，成為系統(tǒng)軟件的上作平臺和人機交互系統(tǒng)的沒計T具。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的組成和T作原理，同時給出了系統(tǒng)軟件主程序的設(shè)計思路。利用bC／GUI所提供的豐富的擰件功能，提供了簡潔、友好的人機交界面。最后利用所設(shè)計的系統(tǒng)對電機作閉環(huán)驅(qū)動，并進(jìn)行了測試。實驗結(jié)果表明，該設(shè)計縮短了軟件開發(fā)周期，同時得到了比較精準(zhǔn)的控制精度：
關(guān)鍵詞：bC／OS—II；bC／GUI；ARM；超聲波電動機
中圖分類號：TM35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2009)12—0059—02
0引 言
超聲波電動機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)并激發(fā)定子彈性體的超聲振動而工作的、具有全新結(jié)構(gòu)和工作原理的微特電機[1]。超聲波電動機的許多優(yōu)點，特別是動作響應(yīng)快，使其在精密控制領(lǐng)域有獨特的優(yōu)越性。超聲波電動機的特殊結(jié)構(gòu)和驅(qū)動原理決定了它的傳遞函數(shù)是非線性的，目前還沒有一個精確的數(shù)學(xué)模型，因而對它的驅(qū)動控制技術(shù)研究是超聲波電動機研究的重點和難點。在國外，AtsuoKmo等人實現(xiàn)了環(huán)形行波型超聲波電動機的柔順控制，并實現(xiàn)了超聲波電動機直接驅(qū)動機械臂的柔順控制[2].Yuj，Izuno等人實現(xiàn)了基于模糊推理的高性能速度／位置控制策略[3]。。T0monobu senjyu等人實現(xiàn)了自適直控制下的超聲波電動機自適應(yīng)速度控制[4]。FaaJ—gn提出將模糊神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于超聲菠毛蟊機位最控制，以降低因電機參數(shù)變化而造成℃壟≤嚷麥的影響[5]。seiji A。yagi等人應(yīng)用相移輸入及電壓輸入與一個模糊控制器，實現(xiàn)了超聲波電動機的快速精密定位控制[6]。在國內(nèi)，天津大學(xué)的夏長亮等人設(shè)計 基于單片機和PwM技術(shù)的超聲波電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)[7]。東南大學(xué)的胡敏強等人設(shè)計了基于DsP的超聲波電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)[8]。
由于普通單片機的時鐘頻率較低，無法處理較多的任務(wù)和復(fù)雜算法的加載，所以用它作為超聲波電動機這種動作響應(yīng)快、控制精度高的特種電機的控制核心無法滿足需求，而且不能運行操作系統(tǒng)，不方便程序的移植和修改。DsP則更偏重與算法，且價格較高，用于電機控制也不是很合適。與上述兩種相比，ARM微控制器具有高運算速度、強大的事務(wù)管理能力和低廉的價格等優(yōu)點，它即可運行操作系統(tǒng)，又可作實時控制使用。這些優(yōu)點使基于ARM的控制系統(tǒng)能夠輕松運行復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)更加精確的控制。這樣的嵌入式系統(tǒng)在外圍電路上更為精簡。本文以s3c4480x系列ARM微控制器為系統(tǒng)核心，詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)硬件的組成和工作原理，同時給出系統(tǒng)軟件主程序的設(shè)計思路。
1系統(tǒng)硬件設(shè)計
前人的研究表明，環(huán)形行波型超聲波電動機的驅(qū)動電源要求為兩相相位相差90。，頻率在諧振點附近的正弦交流信號。本文所設(shè)計的基于ARM的超聲波電動機嵌入式驅(qū)動控制系統(tǒng)正是依據(jù)這樣的電源要求的。本控制系統(tǒng)由主控制模塊、信號發(fā)生模塊、功率放大模塊和反饋輸出模塊等五部分組成。主控制模塊采用基于ARM7TDMI核的s3c44BOx系列ARM微控制器[9]，其作用是接收反饋輸出模塊的反饋信號、運行算法、輸出頻率控制字。信號發(fā)生模塊由一系列-卷片組成，主要有D／A轉(zhuǎn)換器、v／F轉(zhuǎn)換器和環(huán)形計數(shù)器，它的作用是接收頻率控制字信號，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電壓，再經(jīng)v／F轉(zhuǎn)換成可編程控制的頻率信號，該信號作為環(huán)形計數(shù)器的脈沖信號，產(chǎn)生四路相位依次差90。的脈沖信號。功率放大模塊包括一個半橋驅(qū)動芯片IR2103和變壓器，通過耦合逆變將四路脈沖轉(zhuǎn)換成兩路相位差90。的交流方波脈沖信號。因為電機近似于容性負(fù)載，所以加上電機后，驅(qū)動信號就近似于正弦波信號。反饋輸出模塊由編碼器構(gòu)成，通過計算限定時間內(nèi)的脈沖個數(shù)得出速度和位置信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.
2系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件部分主要分為LcD顯示模塊、鍵 盤輸入模塊、觸摸屏模塊、波形發(fā)生模塊、反饋計算機i模塊和算法模塊等六個模塊：系統(tǒng)的工作流程如 下：系統(tǒng)上電運行后LcD顯示歡迎界面，等待“歡迎進(jìn)入的觸摸，然后進(jìn)入主控界面，主控界面最初所有 |
