DSP+CPLD的伺服控制卡的設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 DSP+CPLD的伺服控制卡的設(shè)計 0 引 言 隨著先進(jìn)制造技術(shù)的迅速發(fā)展，對運(yùn)動控制的精度要求也越來越高，而運(yùn)動伺服控制系統(tǒng)的性能很大程度上取決于伺服控制算法，通過運(yùn)動控制與智能控制的融合，從改良傳統(tǒng)的PID控制，到現(xiàn)代的控制、自適應(yīng)控制、智能控制技術(shù)，應(yīng)用先進(jìn)的智能控制策略到達(dá)高質(zhì)量的運(yùn)動控制效果，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的一個熱點。 由于運(yùn)動伺服控制系統(tǒng)中存在負(fù)載模型參數(shù)的變化，機(jī)械摩擦、電機(jī)飽和等非線性因素，造成受控對象的非線性和模型不確定性，使得需要依靠的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)模型參數(shù)的常規(guī)PID控制很難獲得超高精度、快響應(yīng)的運(yùn)動軌跡的要求。因此伺服控制系統(tǒng)越來越多采

2、用PID與其他新型控制算法相結(jié)合的控制方式，如人工智能與系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等，這里設(shè)計了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法的運(yùn)動伺服控制卡，采用DSP+CPLD的硬件平臺，采用單神經(jīng)元PID與CMAC并行控制的伺服控制算法，通過對伺服電機(jī)的控制實現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制。仿真和實踐結(jié)果證明，這種運(yùn)動控制算法有魯棒性和抗干擾能力。 1 硬件設(shè)計 該運(yùn)動控制卡是以PC機(jī)作為主機(jī)的運(yùn)動控制卡，選用DSP作為微處理器，卡上集成編碼器信號采集和處理電路，D/A輸出電路，擴(kuò)展存儲器電路和DSPPC通信電路。PC機(jī)把粗處理的數(shù)據(jù)通過DSP一PC通信接口傳遞給運(yùn)動控制系統(tǒng)，DSP通過對光電編碼器反應(yīng)信號處

3、理電路的結(jié)果分析，計算出與給定位置的誤差值，再通過軟件位置調(diào)節(jié)器獲得位置控制量，計算出運(yùn)動速度控制量，產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換將模擬電壓量送給伺服放大器，通過對伺服電機(jī)的控制實現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制。系統(tǒng)的構(gòu)造框圖如圖1所示。 選用美國TI公司的16位定點DSPTMS320LF2407A作為運(yùn)動控制器的處理器，地址譯碼、時序邏輯、編碼器信號處理電路用CPLD來完成，用PCI接口芯片實現(xiàn)雙口RAM與PC機(jī)的通信，雙口RAM用來存儲和緩沖DSP與PC機(jī)間的通信數(shù)據(jù)，SRAM用來存儲運(yùn)動控制器運(yùn)行時的程序和數(shù)據(jù)。 2 控制算法的設(shè)計 2.1 控制模型 在運(yùn)動控制伺服系統(tǒng)中，需要控制的系統(tǒng)參數(shù)主要有位置

4、、速度、加速度、輸出扭矩/力矩等。傳統(tǒng)的位置伺服控制策略是以PID控制為代表，但需依靠的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)模型參數(shù)的變化及非線性因素等都會對常規(guī)PID的調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響，因而PID對非、非線性對象的控制往往難以取得很好的控制效果。 CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有處理非線性和自學(xué)習(xí)的特點，而且該控制網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)速度快。目前在工業(yè)中關(guān)于CMAC控制器的構(gòu)造大都采用常規(guī)PD和CMAC并行的控制構(gòu)造，它在階躍輸入或跟蹤方波信號時，具有輸出誤差小，魯棒性強(qiáng)等特點，然而在跟蹤連續(xù)變化信號時，卻容易產(chǎn)生過學(xué)習(xí)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為此，設(shè)計一種單神經(jīng)元PID與CMAC復(fù)合控制的控制算法，用單神經(jīng)元PID替代常規(guī)PID控制，由神經(jīng)元來在線調(diào)整PID控制參數(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，來改善系統(tǒng)的跟隨性能。該算法的構(gòu)成簡單，易于實現(xiàn)，能夠適應(yīng)環(huán)境的變化，有較強(qiáng)的魯棒性。仿真結(jié)果證明該算法具有較小的跟隨誤差，良好的魯棒性和抗干擾能力，其構(gòu)造圖如圖2所示。 2.2 并行控制算法的設(shè)計 由圖2綜合單神經(jīng)元PID與CMAC控制算法，得到單神經(jīng)元PID與CMAC并行控制完整的控制算法如下