竹節紗控制系統伺服控制器介紹

　　根據竹節紗生產工藝要求設計的伺服系統結構框圖如圖2所示。控制器主要由ARM和觸摸液晶屏組成，并輔以其它外圍電路。以ARM為核心

的控制器需要完成系統參數及工藝參數的輸入、工藝過程顯示、密碼設置、報警等功能?？刂破鹘邮障到y的輸入量如機器的高速運行信號、低

速運行信號、緊急停車信號，輸出系統控制信號如竹節紗指示、伺服系統準備好、系統故障等信號;為測量前羅拉的轉速，前羅拉編碼器的A、

正交信號也輸入到控制器當中，控制器根據相關參數實時計算出應發給驅動器的脈沖的周期與個數，驅動器根據脈沖周期與個數控制永磁同步

伺服電機的速度和轉過的角度，以此帶動中、后羅拉運轉。只要控制器能連續給驅動器發出脈沖，永磁電動機便能夠連續的運轉?？刂破魇褂?/p>

Modbus協議，與驅動器中的DSP進行串行通訊，接收DSP送來的運行參數，如電機的實際轉速、電流等。

　　2.1基于ARM的控制器

　　控制器選用三星公司的S3C2440作為控制芯片，其內核為ARM公司的ARM920T處理器核，屬于32位微控制器。片內集成了豐富的功能模塊，

如USB接口、LCD控制器、ADC和DAC、DSP協處理器等，既可簡化系統設計，又能提高系統可靠性。圖3為采用該芯片設計的竹節紗伺服系統控制

器。觸摸液晶屏選用四線5.7英寸模擬屏，EEPROM用于儲存現場設置的參數。

　　在ARM中移植嵌入式操作系統Windows CE 5.0，Windows CE是微軟開發的于嵌入式領域：的一款可裁剪的32位實時嵌入式操作系統。

和其他嵌入式操作系統相比，它具有可靠性好、實時性高、內核體積小及可伸縮性、強大的通信能力等特點，所以被廣泛用于各種嵌入式智能

設備的開發，是當今應用zui多、增長zui快的嵌入式操作系統。

　　以串V1通訊為例來說明在此系統下對外設操作的流程。每次打開或關閉串口都要調用文件API對;串口設備進行訪問，文件API被操作系統

轉發到FileSys.exe進程中，當FileSys.exe識別是對設備操作的信息，便會把執行交給設備管理器處理;設備管葷理器將根據具體的請求，調

用串口驅動程序中的接口;zui終，驅動程序負責與硬件的交互。

　　此處的USB接口既可以用來連接標準的鼠標，又可以接u盤。竹節紗生產的工藝參數可以通過此接口存儲在u盤中，也可以選擇存儲在ARM核

外擴的EEPROM當中。系統的輸入信號如高速運行信號、低速運行信號和緊急停車信號通過I/O口輸入給控制器，此外伺服指示信號、故障信號

等輸出信號也是通過I/0口輸出。

　　2.2基于DSP的驅動器

　　永磁同步伺服驅動系統的硬件結構如圖4所示。本方案永磁同步電動機的額定功率為2 kW，額定轉速為2 000 r/min，額定電壓200V。編碼

器兩路正交信號的分辨率為每轉2500個脈沖，另外還三路對稱的U、V、W信號，用于點擊起動和決定磁極的初始位置。三相變頻器中整流和逆

變部分采用功率模塊，電流采樣采用變比為1：1 000的霍爾元件實現對主回路的電流信號的采樣，DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812。

　　TMS320F2812的事件管理器模塊中，利用3個比較單元的任何一個與通用定時器1（事件管理器A）或通用定時器3（事件管理器B）、比較單元、

死區單元和輸出邏輯結合使用就能產生一對死區和極性可編程的PWM信號，通過相應的六路輸出引腳輸出。圖5為DSP伺服軟件框圖，軟件主要

包括三部分，*部分DSP根據外部輸入的運行信號和觸摸屏上輸入的速度位置命令，與電機反饋的位置和速度信號進行PI調節，給出轉矩命

令，勵磁分量一般給定為零。第二部分根據采樣得到的相電流i 、i 和位置信號0 進行坐標變換。軟件的第三部分是利用空間矢量PWM（SVPWM）

算法，求得三相逆變器開關信號的占空比即導通時間，送入DSP的比較寄存器，輸出6路開關信號PWM1～PWM6。

　　3 實驗

　　將該裝置安裝在改造后的環錠細紗機上，現場使用表明系統穩定可靠，達到了預定系統設計要求。圖6是紡制不同紗型時前羅拉編碼器和

伺服電動機速度反饋波形，圖6a是紡正常紗的波形，前羅拉編碼器每圈1024線，測得的脈沖周期為360μs，因此其轉速為163r/min，驅動中、

后羅拉的伺服電動機編碼器反饋的脈沖數經分頻后為每圈400個，測得的脈沖周期為1 ms，其轉速為150 r/min，兩者保持恒定的速比。圖6b是

紡竹節紗的波形，基紗對應的伺服電動機轉速為150r/min，速度反饋的波形周期應為1 ms，竹節紗對應的轉速為375 r/rain，速度反饋的波形

周期應為400μs。為清晰起見，圖6b只捕獲了伺服電動機轉速由375 r/min向150r/min降速的一個片段，640μs對應的轉速為234r/min，840s

對應的轉速為179r/min。