基于DSP的覆冰机器人控制系统研究

　　DSP(digital signal processor)是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

　　覆冰和积雪等原因时刻威胁着电力及通信网络的安全运行[1-4]。覆冰机器人是针对去除输电线路覆冰的自动化装置。该机器人需要对行走电机、关节电机以及夹抓加紧电机等多种电机进行伺服控制。电机的种类和数量相对繁多，因此机器人控制系统相对比较复杂。本文主要研究了覆冰机器人的行走电机伺服控制。行走电机需要带动机器人在线路上行走，当线路有较大覆冰时要带动除冰刀完成破冰工作。机器人在作业中，当遇到冰层厚不能连续前进时，自动完成后退，加速前冲，进行断续除冰。

　　行走电机伺服控制采用以电机控制专用芯片TMS320LF2407为核心的全数字化无刷直流电机控制系统。采用全数字化控制方式可以有效地避免模拟控制中不稳定因素的干扰。由于该机器人工作在强电磁环境中，因此全数字化控制方式可以有效地避免电磁干扰。由于直流无刷电机具有结构简单、运行可靠等交流电机的一系列优点，又具备高速度、高效率、高动态响应等直流电机的优点，因此该系统选择直流无刷电机作为机器人轴驱动[5]。

　　1 控制系统总体结构设计

　　通过分析直流电机的运动方程可知，电机加速度与其转矩成正比，而转矩又与其电流成正比，因此，要实现电机的高精度高动态性能控制，就需要同时对电机的速度、电流以及位置进行检测和控制。系统中包括位置检测环节和电流检测环节，分别检测电机的转速和电流。系统的硬件电路主要包括DSP系统、功率驱动电路、隔离电路、位置检测电路和电流检测电路。系统的结构原理如图1所示。

　　数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。