竹节纱控制系统伺服控制器介绍

　　根据竹节纱生产工艺要求设计的伺服系统结构框图如图2所示。控制器主要由ARM和触摸液晶屏组成，并辅以其它外围电路。以ARM为核心

的控制器需要完成系统参数及工艺参数的输入、工艺过程显示、密码设置、报警等功能。控制器接收系统的输入量如机器的高速运行信号、低

速运行信号、紧急停车信号，输出系统控制信号如竹节纱指示、伺服系统准备好、系统故障等信号;为测量前罗拉的转速，前罗拉编码器的A、

正交信号也输入到控制器当中，控制器根据相关参数实时计算出应发给驱动器的脉冲的周期与个数，驱动器根据脉冲周期与个数控制永磁同步

伺服电机的速度和转过的角度，以此带动中、后罗拉运转。只要控制器能连续给驱动器发出脉冲，永磁电动机便能够连续的运转。控制器使用

Modbus协议，与驱动器中的DSP进行串行通讯，接收DSP送来的运行参数，如电机的实际转速、电流等。

　　2.1基于ARM的控制器

　　控制器选用三星公司的S3C2440作为控制芯片，其内核为ARM公司的ARM920T处理器核，属于32位微控制器。片内集成了丰富的功能模块，

如USB接口、LCD控制器、ADC和DAC、DSP协处理器等，既可简化系统设计，又能提高系统可靠性。图3为采用该芯片设计的竹节纱伺服系统控制

器。触摸液晶屏选用四线5.7英寸模拟屏，EEPROM用于储存现场设置的参数。

　　在ARM中移植嵌入式操作系统Windows CE 5.0，Windows CE是微软开发的于嵌入式领域：的一款可裁剪的32位实时嵌入式操作系统。

和其他嵌入式操作系统相比，它具有可靠性好、实时性高、内核体积小及可伸缩性、强大的通信能力等特点，所以被广泛用于各种嵌入式智能

设备的开发，是当今应用zui多、增长zui快的嵌入式操作系统。

　　以串V1通讯为例来说明在此系统下对外设操作的流程。每次打开或关闭串口都要调用文件API对;串口设备进行访问，文件API被操作系统

转发到FileSys.exe进程中，当FileSys.exe识别是对设备操作的信息，便会把执行交给设备管理器处理;设备管荤理器将根据具体的请求，调

用串口驱动程序中的接口;zui终，驱动程序负责与硬件的交互。

　　此处的USB接口既可以用来连接标准的鼠标，又可以接u盘。竹节纱生产的工艺参数可以通过此接口存储在u盘中，也可以选择存储在ARM核

外扩的EEPROM当中。系统的输入信号如高速运行信号、低速运行信号和紧急停车信号通过I/O口输入给控制器，此外伺服指示信号、故障信号

等输出信号也是通过I/0口输出。

　　2.2基于DSP的驱动器

　　永磁同步伺服驱动系统的硬件结构如图4所示。本方案永磁同步电动机的额定功率为2 kW，额定转速为2 000 r/min，额定电压200V。编码

器两路正交信号的分辨率为每转2500个脉冲，另外还三路对称的U、V、W信号，用于点击起动和决定磁极的初始位置。三相变频器中整流和逆

变部分采用功率模块，电流采样采用变比为1：1 000的霍尔元件实现对主回路的电流信号的采样，DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812。

　　TMS320F2812的事件管理器模块中，利用3个比较单元的任何一个与通用定时器1（事件管理器A）或通用定时器3（事件管理器B）、比较单元、

死区单元和输出逻辑结合使用就能产生一对死区和极性可编程的PWM信号，通过相应的六路输出引脚输出。图5为DSP伺服软件框图，软件主要

包括三部分，*部分DSP根据外部输入的运行信号和触摸屏上输入的速度位置命令，与电机反馈的位置和速度信号进行PI调节，给出转矩命

令，励磁分量一般给定为零。第二部分根据采样得到的相电流i 、i 和位置信号0 进行坐标变换。软件的第三部分是利用空间矢量PWM（SVPWM）

算法，求得三相逆变器开关信号的占空比即导通时间，送入DSP的比较寄存器，输出6路开关信号PWM1～PWM6。

　　3 实验

　　将该装置安装在改造后的环锭细纱机上，现场使用表明系统稳定可靠，达到了预定系统设计要求。图6是纺制不同纱型时前罗拉编码器和

伺服电动机速度反馈波形，图6a是纺正常纱的波形，前罗拉编码器每圈1024线，测得的脉冲周期为360μs，因此其转速为163r/min，驱动中、

后罗拉的伺服电动机编码器反馈的脉冲数经分频后为每圈400个，测得的脉冲周期为1 ms，其转速为150 r/min，两者保持恒定的速比。图6b是

纺竹节纱的波形，基纱对应的伺服电动机转速为150r/min，速度反馈的波形周期应为1 ms，竹节纱对应的转速为375 r/rain，速度反馈的波形

周期应为400μs。为清晰起见，图6b只捕获了伺服电动机转速由375 r/min向150r/min降速的一个片段，640μs对应的转速为234r/min，840s

对应的转速为179r/min。