基于DSP的多通道多功能电液运动控制器的设计

　　0　引言

　　液压控制系统以其高精度、高频响及高的功率-重量比而在国民经济的各个领域获得了极为广泛的应用。相关技术的发展及产品需要带动液压控制技术不断的创新,高速度、高工效、轻量化的优势正在逐渐成为目前液压控制系统发展的主流方向和前沿。随着电子电气技术的发展,应用于机电系统的运动控制技术应运而生并且已经发展的较为成熟。但是由于种种原因,适用于液压领域的运动控制产品整体技术水平还不高,通用性较差,制约了液压运动控制技术的发展、应用与推广。同时机电控制和液压控制的结合使用已成为机电液一体化发展的主要方向,融合机械、电子、液压3种技术,可以各取所长互补其短。本文正是在这种背景下,基于DSP技术设计并开发了具有高性能、多通道及多功能的电液运动控制器。

　　1　系统设计方案

　　现有的工业运动控制技术和产品主要运用于数控机床的两轴或多轴联动,其控制对象主要为伺服电机,应用系统较为固定,无法通用于液压领域,来实现一些液压系统所需要的运动控制,如火炮的跟踪定位系统、飞行模拟平台等这些要求响应速度快、无冲击,且要求输出推力大或扭矩大的工作场合。而现有的电液控制器又不具有运动控制功能,因此将成熟的机电运动控制技术应运于电液控制器中来实现液压系统的运动控制,扩大了电液控制器使用功能。在多数应用场合并不需要所有轴(或液压缸)都可以联动,一般地三轴联动、四轴联动较为常见,而四轴联动控制基本上可以实现复杂的曲面运动,在机械加工的电液运动控制系统中这种运动形式完全可以满足大多数应运场合。所以四通道的控制模式完全能够满足液压系统和机电系统的运动需要。因此在研究与论证的基础上来设计多通道多功能电液运动控制器。

　　2　硬件设计方案

　　本电液运动控制器采用DSP+CPLD的设计方案,充分利用DSP芯片的各种片内外设功能,如SCI、SPI、定时器、PWM模块、中断等。利用CPLD的硬件可编程特性,编制光电编码器的解码逻辑,解决光电编码器数字信号的读取问题。这样,简化了系统核心部分的硬件设计模型,有利于系统集成。该硬件设计的其他部分将围绕该核心进行设计,主要包含以下4个方面:信号采样接口设计、驱动接口设计、通讯接口设计、人机交互界面接口。多通道多功能电夜运动控制器结构如图1所示。

　　2. 1　控制核心单元

　　运动控制器采用DSP芯片作为主控单元,选用美国某公司的TMS320F2812的32位定点数字信号处理器,该处理器高达150MIPS的工作速度和完整的片上集成度,可以有效地缩短系统闭环控制周期, F2812内部集成了64K的ROM和128K的flash存储器,便于在开发中和现场软件升级时易于重复编写程序。CPLD器件选用美国某公司的MAXⅡ系列EPM1270T144C5作为电液运动控制器的光电编码器的逻辑控制单元,也用于处理液晶显示低速设备和DSP高速处理设备的速度匹配问题。