基于DSP的电液伺服机构控制

　　0　引言

　　液压伺服系统应用非常广泛,如制造系统,工程机械,航空,船舶,钢铁和铝冶炼设备等。液压系统以其很高的功率重量比和精确的控制成为航空领域一个理想的选择,通常带宽大于20 Hz或功率大于15 kW时适合采用液压伺服技术。在动态特性要求高的场合控制系统必然包含由反馈传感器和电子控制器组成的伺服回路,随着控制要求的不断提高和复杂控制方法的不断出现,DSP技术很快受到青睐[1、2]。尤其是在电液伺服系统的控制中,高速的信号可以提供实时的位置信息,保证控制信号响应的快速性。本文介绍了用TMS320F2812 DSP实现某型航空液压位置伺服机构控制的应用。

　　1　液压伺服系统模型

　　一个典型的位置控制液压系统如图1所示,有以下组成部分:液压源、流量阀、线性作动器、位置传感器、电子伺服控制器。伺服控制器对比位置反馈信号和输入指令信号,确定位置误差并产生命令信号驱动流量阀,控制阀调整流量驱动做动器,直到到达指定位置,此时误差信号为零。

　　高质量的液压执行机构的性能关键依赖伺服控制器。实现给定算法的处理器必须有足够快的计算速度,以保持系统实时性的要求。在很多情况下,如简单的PID控制器,控制任务相当简单,但是要实现复杂的控制策略,需要附加处理器实现,使得系统带宽下降,因此就希望能选择一个处理器以实现实时计算。DSP使得伺服控制器能很好实现实时控制算法,因而广泛应用于高性能数字控制器。

　　2　TMS320C28x DSP系列

　　TMS320C28x DSP结构框图如图2[3]。TMS320C28xDSP合并一个高性能32位固定点DSP内核,低等待中断机。C28平台可接几个优化库,包括一套C语言外围头文件,一套优化数学库支持32位定点函数。丰富的集成外设和优化控制算法扩展库的综合使C28X成为数字控制的极好选择,该系列最典型的产品型号是TMS320F2812。

　　TMS320F2812片上有18K字的高速RAM,128K字的可加密Flash ROM。16通道的12位模数转换器(ADC),内部含2路采样保持器,1个转换单元,可实现双通道同步采样,最小转换时间为80 ns。片上含2个事件管理单元(EVA,EVB),设计用于PWM输出、转速测量、脉宽测量等。通信接口含2个通用异步串口,1个通用同步串口,1个CAN总线接口和1个McBSP串口(Multichannel Buffered Serial Port)。56个独立配置的通用多功能I/0口(GPIO)。扩展存储器接口(ExternalMemory Interface)读写时序可编程,3路独立片选(cs),兼容不同速率的外设扩展。

　　TMS320F2812最高主频150 MHz,保证了处理信号的快速性和实时性;采用经典的哈佛总线结构,存储器、外围模块和CPU之间利用多总线转移数据。程序读总线有22根地址线和32根数据线,数据读写线都是32位,这种多总线结构使得它可以在1个周期内并行完成取指令、读数据和写数据,同时它也采用了指令流水线技术,使得信号的处理速度明显提高。