基于DSP的伺服系统控制及定位问题的研究

随着现代工业技术和信息技术的发展,交流伺服系统广泛应用于高精度高性能的伺服驱动领域。在工业应用中,伺服控制系统要求满足响应速度快、调速范围宽,定位精度高、运行稳定等性能指标,伺服电机及驱动装置、检测单元、控制器的设计和控制策略的优化是关键技术。 本文以提高交流伺服系统性能为目的,选用综合指标优的无刷直流电机为执行电机,设计了基于DSP平台的全闭环位置伺服系统。先分析了无刷直流电机的结构和工作原理,给出无刷电机的数学模型,介绍其传递函数和工作特性。讨论了无位置传感器反电势检测法,提出LMS自适应噪声抵消的方法来实现无刷直流电动机换向位置的检测,改进采用端电压检测确定换向位置的方法,使电机在低速运转下仍有效工作。电机定位的问题是本课题研究的重点,其快速性、高精度以及稳定性都是伺服系统的重要性能指标,从几方面进行了讨论.首先对于系统快速制动,通过仿真分析比较,选用回馈制动和反接制动结合的方法,解决制动的快速性;其次建立快速响应、精确跟踪目标位置的全数字闭环伺服系统,以TMS320LF DSP为驱动电机的核心控制器,使用霍尔电流和位置传感器、光电编码器进行电流位置信号采集和速度计算。控制方法常规上采用PID控制,但PID在一些场合难以获得满意的控制效果,结合本系统的特点,引入智能控制算法,电流调节环用PI算法,速度环用滑模变结构控制调节算法,这样既能做到速度实时调节,又能保证动态无超调,稳态无静差。为了兼顾伺服控制的快速性和精确性,增加位置控制环,完成系统的精确定位,本系统采用Fuzzy-PI结合的方法,在大位置偏差阶段用Fuzzy算法调节,使系统能够以最快的速度减小偏差,在偏差小的情况下用PI算法,使得系统速度缓慢减小,为系统准确停车创造条件。 在理论分析和仿真的基础上,本文对控制系统的硬件、软件进行了研究和设计。硬件部分先作整体设计,然后介绍了几个主要模块的电路设计包括主要器件和参数的选择;软件采用模块化设计,论述了软件实现的过程并绘制各主要功能模块的流程图,最后做了实验测试工作,给出了实验结果。