基于PC和DSP的力标准机控制系统设计

　　1 引 言

　　比对式力标准机(简称比对机)是称重传感器生产过程中必不可少的设备，在其机械结构设计合理的前提下，整机的功能和性能很大程度上取决于其控制系统，因而控制系统在比对机中显得尤为重要。但目前国内使用的比对机很多是 1990 年代的产品，其控制系统硬件复杂、庞大，可靠性不高，且手动操作，使用不便。随着计算机技术和微电子技术的发展，对其控制系统进行自动化改造已十分必要。当前，比对机控制系统自动化方案很多，其中主要的思路是把微机(PC) 和另外一种微处理器相结合，组成上位机和下位机结构[1]，从而实现比对机测试过程的全自动控制以及数据的自动采集和处理。本文给出了一种基于 PC 和 DSP 的比对机控制系统改造方案[2，3]。

　　2 控制系统总体结构

　　本文设计的比对机控制系统采用两级结构，由上位机 PC 和以 DSP 为核心的伺服控制器构成。PC 通过运行自动测试软件，主要完成人机交互、控制策略规划、数据处理、曲线显示、测试报告生成、控制命令发送等功能;而基于 DSP 的控制器则根据上位机的控制命令，并结合电流环、速度环等现场信号，对电液伺服系统进行控制。控制系统总体结构如图 1 所示。

　　3 下位机硬件设计

　　控制系统下位机的硬件结构如图 2 所示。整个系统主要由 3 大模块组成：以智能功率模块(IPM)为核心的主电路功率模块;以 PC 和 DSP 为主要部件的控制模块;以增量式光电编码器、霍尔传感器等组成的信号检测模块。

　　逆变电路采用智能功率模块 PM25RSB120。该模块内部包含了 7 个 IGBT、6 个续流二极管、栅极驱动电路、逻辑控制电路、以及欠压、短路、过流、过热等保护电路。模块的主电路部分共分 5 个端子，即 2 个直流电压输入端和 3 个三相交流电压输出端。控制部分共有 15 个端子，用于 PWM 信号输入、故障信号输出及驱动电源。

　　DSP 控制模块是整个控制系统的核心。DSP 采用 TI公司的 TMS320LF2407A，其具有高性能的 C2XLP 内核，采用改进的哈佛结构，四级流水线操作，片内集成的两个事件管理器 EVA 和 EVB，每个事件管理器模块包括定时器、比较器、捕捉单元、PWM 逻辑电路、正交编码脉冲电路及中断逻辑电路，是数字电机控制应用的非常重要的外设;片内集成的 SPI 和 SCI 接口可以方便地和上位机、外设等通信;两个 10 位 8 路 A/D 转换器可同时并行地完成两个模拟输入的转换;40 个可独立编程的复用 I/O 口可以作为键盘和显示的输入输出口。

　　在永磁同步电机控制中，由于电机采用星形接线，故三相定子电流的检测只需检测其中两相即可(-ic=ia+ib)。系统中的 A、B 两相定子电流信号的采集由两个霍尔电流传感器完成，从传感器输出的信号经过信号比例调节和电平提升环节，使信号转换到 0～3.3V，然后送入 DSP的 A/D 转换接口。