论单片机DSP在伺服驱动器中的设计与研究

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伺服驱动器(servo drives)又称为伺服控制器”、伺服放大器”，是用来控制伺服电机的-种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的-部分，主要应用于高精度的定位系统。-般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。

伴随着电机由有刷电机、无刷电机以及永磁同步电机的发展历程，伺服驱动器相应经历了模拟电路、8位单片机模数昆合电路及高性能DsP电机专用控制解决方案等发展阶段。伺服进给系统的调速范围宽、定位精度高、有足够的传动刚性和高的速度稳定性、快速响应无超调、低速大转矩，过载能力强、可靠性高等诸多特点对控制芯片提出了更高的要求。

2 DSP电路设计伺服驱动器选用微芯公司高性能16位数字信号控制器dsPIC30F4011作为无刷电机的主控芯片，它集DSP的高速运算处理能力与电机常用检测接 El于-体，成为很多伺服方案的首眩DSP在伺服系统中主要承担对实时输入数据按照某种控制规律 算法实时地计算、处理并且存储 ，最后将实时结果输出。DSP的性能对整个伺服系统的控制性能起着至关重要的作用，因此选择-款合适的DSP芯片变得尤为重要，整个伺服驱动器硬件都是围绕DSP来设计的。

2.1 dsPIC30F4011芯片及功能dsPIC30F401l是伺服驱动器的主控芯片。是Microchip公司为满足高性能，高精度伺服要求而推出的-款电机专用芯片，如图1所图1 dsPIC3OF4011外观示 ，外设资源比较丰富。

dsPIC30F40l1采用改进的哈佛架构，能提供最高30MIPS的工作速度，指令宽度为24，16位的数据总线宽度，2KB数据RAM，48KB程序FLASH，除此之外：(1)高灌/拉电流I/0引脚，25mA/25mA。

(2)5个16位定时器/计数器，需要时可组合成32位定时器。

(4)6路PWM输出，边沿对齐或中心对齐，3个 占空比发生器，输出可改写。

(6)可用于进行速度和位置测量的正交编码器接口(QEI)，AH、B相、索引脉冲三输入信号。

2.2 dsPIC30P4011开发环境及工具dSPIC3OF40l1的开发环境由MPLAB IDE代码编辑器和ICD2程序下载和调试器构成，前者主要完成控制程序代码编辑、修改，经编译生成Hex文件后，通过ICD2下载到器件中，也可以使用ICD2进行调试。

2.2.1 MPLAB集威开发环境MPLAB IDE是Microchip公司为单片机研发的-种能够在PC机上运行的软件[411，它为嵌入式单片机开发程序提供了良好的环境。本课题所采用的dsPIC30F401 1芯片的程序代码是在MPLABIDE V7.62中生成的，包括后续的编译，调试。

MPLAB IDE中嵌入了很多常用的拈和组件，为系统配置软硬件工具服务。常用的组件有：(1)编译器语言工具。

(4)在线调试器。MPLAB ICD2可以直接通过片上资源，将程序代码下载到目标器件中，并在集成环境中设置某些断点，通过调试来观察寄存器及变量的变化。

(3)汇编器/链接器和语言工具。汇编器用来单独或和链接器组合使用，将源文件 、库、目标文件生成项目。链接器则用来在目标器作者简介：/NNj-(1980年2月出生)，女；硕士；讲师；研究方向：图形图像处理、编程等。

I敦 字 技 术 f 释 应用研究图2位置伺服系统框图I，CI.R d ～ 秘bE蚺蝣O毫 v 鞯#· 2R8o日2 毒餐瞄 趱i毫 疑 媾N 日3 38口铲 l 蠛嚣妊蕊S l釉 2碍 淞 日 鬏瓣 l x 薛毫B3日5 勰 口 教彝 娃篙 器a； 磬 嚣B I： 善 翌l -詈菱l - a苣C端 I瞄 墨 勰口。詈弱黜瓢 强口锵崎霹艨T 幅 螽锚osc辩 c AT t萍 镱cl 嚣 秘b 黼 豫 8 器瓣 2锶l。j C 瓣C q褥 蕊 口 豁 x凄跹》。 髓FLTAI氍强 '艇 a日 l 辩 日 5CKRF6融 蠛娩∞ 2蠢 啪 ，日，嚣 越p辩飘黜 。c镰0 蕊∞oc 3口§霉 勰 口 OC3tRO2蠹日∞ 乏1D 幻0元l43等组成。如图2。

3.2伺服驱动器控制 系统功能的实现本课题研究的伺服驱动器电流闭环、位置闭环、速度闭环三环构成。

dsPIC30F401 l各引脚作用如图dsPIC30F4011接收来自PC端的位置指令参考输入，读取光 电编码器及原点传感器的绝对位置作为反馈输入，误差值经过位置闭环PI调节后的输出作为速度闭环的参考输入，与光电编码器的速度反馈值经速度闭环PI调节后，输出值作为电流闭环的参考输入[31，电流闭环的反馈值则是由电流传感器采样得到的，这种电流传感器采样精度高，采样范围大，适合无刷电机电流的测量。这样经电流闭环PI调节后，[dsPIC30F4011的占空比寄存器实现电机的PWMN制。

由于电流、速度、位置各环的比例，积分系数值是在电机启动前通过串口设置的，在电机运行过程中也随时可以更改，增强了系统的稳定性，减小了超调 ，缩短了响应时间[41。从而实现了无刷电机高要求的控制系统。

4结语本课题来源在于研究dsPIC30F401 1做为控制核心芯片解决了伺服驱动器的调速范围宽、定位精度高、有足够的传动刚性和高的速度稳定性、快速响应无超调、低速大转矩，过载能力强、可靠性高等诸多特点在设计与运用的问题。从而提高了生产率和加工质量，也满足了定位精度高，响应速度快的要求。