基于A心和DSP的竹節(jié)紗控制系統(tǒng)伺服控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用
溫新民，姜淑忠，俞志文
(上海交通犬學(xué)，l海2090240)
摘要：根據(jù)紡織行業(yè)中竹節(jié)紗生產(chǎn)的工藝要求，設(shè)計(jì)了基于ARM和DsP的雙cPu永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制器。利用ARM和觸摸液晶屏完成工藝參數(shù)的輸入與生產(chǎn)過程信息的顯示，支持圖形化人機(jī)界面和觸摸操作；利用DsP完成永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)定向控制算法：該系統(tǒng)已成功應(yīng)用在竹節(jié)紗生產(chǎn)線上，具有很高的性價(jià)比和推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：ARM；DsP；伺服控制器；竹節(jié)紗
中圖分類號(hào)：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2009)12—0056—03
0引言
ARM微處理器具有體積小、低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8位／16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。ARM微處理器及技術(shù)應(yīng)用到了許多不同的領(lǐng)域，如工業(yè)控制領(lǐng)域、無線電通訊領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、消費(fèi)類電子產(chǎn)品以及數(shù)字成象與安全產(chǎn)品當(dāng)中，憑借其優(yōu)點(diǎn)將來還會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。本文通過分析竹節(jié)紗裝置的工藝要求，設(shè)計(jì)了具有獨(dú)立控制結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，由ARM和觸摸屏構(gòu)成控制器，并在ARM核中移植嵌入式操作系統(tǒng)win(10ws cE，使其具有圖形化的人機(jī)界面操作功能，支持觸摸操作，可以方便快捷地進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)和工藝控制參數(shù)的設(shè)置，而且可以動(dòng)態(tài)顯示控制系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)；以DsP為核心的驅(qū)動(dòng)器完成永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制；整個(gè)系統(tǒng)采用****計(jì)算機(jī)語(yǔ)占進(jìn)行編程，可以較容易實(shí)現(xiàn)所需的工業(yè)生產(chǎn)控制要求。
1竹節(jié)紗生產(chǎn)的工藝要求
在紡紗過程中通過改變瞬時(shí)牽伸倍數(shù)或增加附加纖維，使在紗線長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生符合一定要求的粗節(jié)的紗線稱為竹節(jié)紗，其中所產(chǎn)生的粗節(jié)稱為竹節(jié)，兩粗節(jié)之間的紗線稱為基紗。如圖l所示，L1L3為基紗節(jié)長(zhǎng)，L2、L4為竹節(jié)節(jié)長(zhǎng)，D為基紗直徑，D1、D2為竹節(jié)直徑。目前一般采用變牽伸倍數(shù)的方法生產(chǎn)竹節(jié)紗，用伺服電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)中、后羅拉，改變中、后羅拉與前羅拉的轉(zhuǎn)速比就能改變紗線的牽伸倍數(shù)即紗線的粗細(xì)，控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過的角度即可控制紗線的長(zhǎng)度。
由于前羅拉的速度因工藝需求及外部原因發(fā)生變化，為保持給定的轉(zhuǎn)速比，中、后羅拉的速度必須跟隨前羅拉的變化。將每圈脈沖數(shù)為啊的正交編碼器與前羅拉聯(lián)結(jié)，測(cè)速周期r秒內(nèi)計(jì)數(shù)器讀得的編碼器脈沖數(shù)為nf(計(jì)數(shù)器工作于4倍頻方式)，則前羅拉的轉(zhuǎn)速為：
中、后羅拉的基本轉(zhuǎn)速為
式中：c為牽伸倍數(shù)；η為牽伸效率；e為中、后羅拉與前羅拉的轉(zhuǎn)速比，當(dāng)中、后羅拉以此速度運(yùn)行時(shí)，所紡紗的直徑便為基紗直徑。通常用中、后羅拉的轉(zhuǎn)速與基本轉(zhuǎn)速的百分比。aj(j=l，2，…)表示某．節(jié)紗與基紗直徑的比，乘以伺服電動(dòng)機(jī)所聯(lián)減速齒輪箱的速比i可得伺服電動(dòng)機(jī)的速度：
將式(1)、式(2)代人式(3)得到伺服電動(dòng)機(jī)速度：
設(shè)前羅拉直徑為df，則前羅拉的周長(zhǎng)為πdf，為獲得長(zhǎng)度為L(zhǎng)j(j=1，2，…)的節(jié)紗，前羅拉應(yīng)旋轉(zhuǎn)  由式(1)和式(4)可知，伺服電動(dòng)機(jī)與前羅拉的轉(zhuǎn)速比為  因此伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)旋轉(zhuǎn)  若服電動(dòng)機(jī)正交編碼器每圈脈沖數(shù)為Nm,DsP中的計(jì)數(shù)單元工作于4倍頻方式，則伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過相應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)得的脈沖數(shù)為： 2伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)竹節(jié)紗生產(chǎn)工藝要求設(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示�？刂破髦饕葾RM和觸摸液晶屏組成，并輔以其它外圍電路。以ARM為核心的
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