陸逢陽 張愛軍

中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽, 471009

TCL2574在多通道伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

陸逢陽 張愛軍

中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽, 471009

多通道的伺服系統(tǒng)在航空航天、工業(yè)控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將反饋的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，是系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)。TCL2574具有低功耗高精度多通道的特點(diǎn)，適用于多通道伺服系統(tǒng)。本文研究了TCL2574在多通道伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了方案的可行性。

多通道伺服系統(tǒng)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；TCL2574

伺服系統(tǒng)是用來精確跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。它的主要任務(wù)是按照控制命令的要求，對功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。多通道的伺服系統(tǒng)可以對多個(gè)控制量進(jìn)行協(xié)同控制，跟隨和復(fù)現(xiàn)更為精確，被廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)控制等領(lǐng)域。系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用是將執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋的模擬信號轉(zhuǎn)換為主控制器能夠處理的數(shù)字信號，是伺服系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)。

TCL2574是TI公司設(shè)計(jì)的一款高性能低功耗的CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它有4個(gè)相互獨(dú)立的模擬信號輸入端口，轉(zhuǎn)換精度達(dá)到12-BIT，適用于多通道伺服系統(tǒng)。本文探討TCL2574在多通道伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 系統(tǒng)框架

本伺服系統(tǒng)的框架如圖1所示，上位機(jī)通過通訊單元向主控芯片發(fā)送位置指令；主控芯片將位置指令同此時(shí)的位置反饋信息、電流采樣信息進(jìn)行對比，利用它們形成的偏差信號進(jìn)行控制率的解算，輸出電機(jī)控制信號；電機(jī)控制信號通過隔離電路、驅(qū)動電路、放大驅(qū)動無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作；新的位置反饋信息、電流采樣信息通過采樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器被送回主控芯片，主控芯片實(shí)時(shí)采集位置反饋信息、電流采樣信息，并按位置指令進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本伺服系統(tǒng)的主控芯片選取DSP芯片TMS320X2812，隔離電路選取光耦器件GH5231Z，通訊單元選取通訊芯片SM3490。

圖1 多通道伺服系統(tǒng)框架

2 電路設(shè)計(jì)

本伺服系統(tǒng)中TCL2574的硬件電路原理如圖2所示，它采用雙電源供電，數(shù)字部分電源電壓為3.3V，模擬部分電源電壓為5V，此外還需一個(gè)4V的參考電壓，這些電源由系統(tǒng)中DC/DC模塊提供。模擬電源與模擬地、數(shù)字電源與數(shù)字地之間都接0.1F電容進(jìn)行濾波。模擬地與數(shù)字地之間用磁珠隔離。/、經(jīng)10k電阻上拉至數(shù)字電源。DSP和TCL2574之間的通信采用SPI協(xié)議：DSP通過SPIMISOA將配置信息傳送到TCL2574的SDI端口，通過SPICLKA將通訊時(shí)鐘傳送到TCL2574的SCLK端口，通過SPISTEA將片選信號傳送到TCL2574的端口；TCL2574通過SDO經(jīng)過SPISOMIA將模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字碼傳送給DSP。DSP通過FS對TCL2574發(fā)出開始轉(zhuǎn)換的觸發(fā)命令。A0～A3是四個(gè)獨(dú)立的模擬信號輸入通道，4個(gè)通道的位置信息和電流信息通過它們送入TCL2574。

圖2 TLC2574硬件電路原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)上，TCL1574的處理程序被放在定時(shí)器中斷中，定期更新位置和電流的反饋值，將反饋值以變量的形式傳送給主程序，協(xié)助主程序完成反饋控制算法，實(shí)現(xiàn)對多通道伺服系統(tǒng)的控制。

圖3 1度階躍響應(yīng)曲線

圖4 10Hz正弦響應(yīng)曲線

4 試驗(yàn)結(jié)果

采用上述硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方案，將TCL2574應(yīng)用到多通道伺服系統(tǒng)中，并選用某公司生產(chǎn)的稀土永磁無刷直流電動機(jī)作為實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的位置指令，測試系統(tǒng)在1度階躍和10Hz正弦信號指令下的響應(yīng)曲線，測試結(jié)果如圖3和圖4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)對輸入信號具有良好的響應(yīng)。

5 結(jié)語

本文討論了TCL2574在多通道伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了具體的應(yīng)用方案。進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，測試了應(yīng)用本文方案的伺服系統(tǒng)在1度階躍和10Hz正弦信號指令下的響應(yīng)曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)對輸入信號具有良好的響應(yīng)，從而驗(yàn)證了本文方案的可行性。

[1]郭強(qiáng),祝清杰,胡志倫.光伏直流壓縮制冷裝置的性能及其在油氣回收中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保.2014(04):94-98.

[2]郭強(qiáng),祝清杰.光伏供電油氣回收中直流無刷壓縮機(jī)控制實(shí)現(xiàn)及性能分析[J].常州大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版.2013(01):46-50.

[3]張愛軍,程時(shí)兵,朱軍偉,等.基于DSP+CPLD的無刷直流電機(jī)三環(huán)控制設(shè)計(jì)[J].電力電子技術(shù).2012(11):106-108.

[4]馬燕榮,黨智輝,王小峰.航空發(fā)動機(jī)飛行試驗(yàn)臺電動油門系統(tǒng)的研制[J].工程與試驗(yàn).2011(03):81-84.

[5]許崇良,朱君.小功率低成本電動車能量回饋制動控制器研制[J].科技資訊.2011(04):66-68.

[6]黎泉,蘇家強(qiáng),李曉冉.直流電機(jī)同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河池學(xué)院學(xué)報(bào).2010(05):46-51.

[7]張鵬峰,鐘美鵬,鄭水英.空壓機(jī)用直流無刷電機(jī)的開環(huán)控制研究[J].壓縮機(jī)技術(shù).2008(03):25-28.

[8]張愛軍,龐麗娟.數(shù)字舵機(jī)功率保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].航空兵器.2008(03):45-46.

[9]肖本賢,郭福權(quán),婁天玲,等.基于DSP的無傳感器無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版.2003(04):505-509.

陸逢陽/1989年生/男/河南三門峽人/碩士/助理工程師/研究方向?yàn)殡娐放c系統(tǒng)