伺服系统课件作者钱平第9章节基于DSP芯片为核心构成的伺服系统.ppt

基于DSP芯片为核心 的伺服系统 内容提要 第一节 控制系统硬件结构 第二节 伺服控制通用平台的软件编 程及环境调试 第三节 TMS320LF2407-A应用实例 第 9 章 第一节 控制系统硬件结构 第一节控制系统硬件结构 伺服控制技术经历了交磁电动机扩大机系统、磁放大器控制、晶体管控制、集成电路控制、计算机控制的发展过程，至今已进入了一个全新的时期。 其主要标志为智能功率集成电路和数字信号处理器的出现，使得伺服系统模块化和全数字化容易实现，长期以来建立在现代控制理论或其它一些复杂控制算法上的控制原理得以快速在线计算及进行对系统的优化处理。 第一节控制系统硬件结构 DSP器件之所以具有强大的数字信号处理功能，主要得益于它内部具有功能强大的硬件计算电路和特殊的总线结构。 尤其是由于交流电动机数学模型的复杂性，导致矢量控制方法的计算量增加，因此矢量控制的交流调速系统等就要采用具有较强运算能力的单片机，数字信号处理器（DSP）是该系统的最佳选择。 DSP(digital signal processing) 从数学角度看就是一个高速的运算系统，其应用范围极广，如经典或现代的数字算法实现、快速的实时控制系统、图象处理、语言处理、智能仪器仪表以及通信领域。 第一节控制系统硬件结构 TMS320C24X系列是美国TI（德州仪器）公司于1997年推出的低价格高性能的16位定点DSPs，是专为数字式电动机微机控制和其它自动化控制领域应用系统而设计的DSPs。 目前有C240、C241、LC2402、LC2404、LC2406、LF2402、LF2406、LF2407、 LF2407A等片种。 TMS320LF2407A是这一系列的顶级芯片，面向新一代电动机控制，具有DSP C2XX CPU 内核，将DSP的高速运算能力和面向电动机的高效控制能力集于一体，使得实现伺服系统的全数字化控制成为可能。基于DSP的全数字伺服系统，充分利用其丰富的周边接口，使系统的结构大为简化；具有良好动、静态性能，且在外界参数大范围变化的情况下表现出很强的鲁棒性。 第一节控制系统硬件结构 一、TMS320LF2407的结构与特点 TMS320LF2407 DSP有以下一些特点： 1. 哈佛结构：通用型微处理器采用的是冯．诺依曼结构，即程序指令和数据用一个存储空间和单一的地址与数据总线。为了进一步提高运算速度，以满足实时数字信号处理的要求而采用哈佛结构。所谓哈佛结构就是将程序与数据的存储空间分开，各有自己的地址与数据总线。这就使得处理指令和数据可以并行操作，从而大大提高了处理效率。 第一节控制系统硬件结构 2. 流水线技术：TMS320采用流水线技术，流水作业即指令可以在单个机器周期完成，极大地提高处理速度。哈佛结构为流水线技术的适用奠定了基础。 3. 循环寻址和位倒序技术：为了满足快速傅里叶变换(FFT) 、卷积等数字信号处理的特殊要求，在指令系统中设置了循环寻址和位倒序指令。 4. 高速数据传输能力：在TMS320中设置了单独的DMA总线及控制器，在基本不影响DSP处理速度的情况下，进行并行的数据传送。这为多个DSP之间协同工作，串联和并联提供了方便。 5. 快速的乘积累加运算：在数字信号处理算法中，大量的运算是乘法和累加运算。为此专门设计了硬件乘法器，乘和累加可以在单个指令周期内完成。 第一节控制系统硬件结构 6. 采用高性能静态CMOS技术，+5V电源输入，内部3.3V电源管理，减小了控制器的功耗； 7. LF2407A 运行速度为30MIPS使得指令周期缩短到33ns，从而提高了控制器的实时控制能力。 8. 片内高达32K字的FLASH程序存储器，内部高达2.5K字的数据/程序RAM空间，544字双口RAM(DARAM) 和2K字的单口RAM(SARAM) 。 9. 16 路10BIT 片上A/D 接口，处理速度500ns。 第一节控制系统硬件结构 10. 片上两个事件管理器EVA和EVB，提供了下列对伺服控制非常有用的一系列功能。每个包括：两个16位通用定时器；8个16位的脉宽调制(PWM) 通道。它们能够实现：三相反相器控制；PWM的对称和非对称波形；当外部引脚出现低电平时快速关闭PWM通道；可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲；3个捕获单元；片内光电编码器接口电路。事件管理器模块适用于控制交流感应电动机、永磁同步电动机(无刷直流电动机) 、开关磁阻电动机、步进电动机、多级电动机和逆变器。 11. 4路的DAC7625转换； 第一节控制