電機(jī)控制部分 - 基于DeviceNet協(xié)議的伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　伺服電機(jī)控制電路部分采用高性能電機(jī)控制器ADMC401，它是美國模擬器件公司(ADI)推出DSP芯片中的高檔產(chǎn)品。ADMC401是面向電機(jī)控制的高性能數(shù)字信號(hào)處理器,它以ADSP-2171為內(nèi)核，輔以完備的電機(jī)控制外設(shè)。其中包括8路12位A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、三相16位PWM產(chǎn)生單元、兩路輔助PWM輸出及用于位置反饋的增量式碼盤接口。另外ADMC401還包括12路數(shù)字I/O口、事件捕獲單元及內(nèi)部定時(shí)器等設(shè)施，為開發(fā)快速、高精度的電機(jī)控制系統(tǒng)提供了完善的硬件設(shè)施。

　　ADMC401內(nèi)部提供了2K×24位的內(nèi)部程序RAM、2K×24位的內(nèi)部程序ROM和1K×16位的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM;程序及數(shù)據(jù)RAM的內(nèi)容可由其串口從外部ROM中以同步或異步方式調(diào)入。為了滿足實(shí)際工程的需要，ADMC401還提供了外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展能力，用戶最多可以直接尋址片外 14K×24位的程序存儲(chǔ)器和13K×16位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器[4]。ADMC401是整個(gè)伺服系統(tǒng)的核心,具有高速的運(yùn)算能力、較高的采樣精度,外設(shè)配置性能和功能較強(qiáng),能勝任實(shí)時(shí)性要求高的伺服控制任務(wù)。本系統(tǒng)用它來實(shí)現(xiàn)矢量變換、電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)控制以及PWM信號(hào)發(fā)生、各種故障保護(hù)處理等。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過CAN接口卡與CAN總線相連，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃以及通訊功能。其上位PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)包括網(wǎng)絡(luò)管理，參數(shù)管理，狀態(tài)管理三個(gè)部分。

　　l 網(wǎng)絡(luò)管理 設(shè)置CAN接口卡工作波特率和本機(jī)節(jié)點(diǎn)地址，同時(shí)初始化CAN控制器SJA1000，以及DeviceNet各個(gè)對(duì)象類，并且檢查此網(wǎng)絡(luò)中是否設(shè)置重復(fù)的節(jié)點(diǎn)地址。因?yàn)镻C機(jī)的CAN卡初始化要涉及CAN卡與PC機(jī)的聯(lián)系工作，所以要對(duì)CAN通訊適配卡的各個(gè)寄存器進(jìn)行配置，設(shè)置中斷向量、通信波特率和濾波接收碼以及中斷屏蔽字等參數(shù)，為正常通訊做好準(zhǔn)備工作。另外此部分還要完成掃描網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，并與從機(jī)節(jié)點(diǎn)建立連接的功能。 DeviceNet是面向連接的網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間首先建立連接然后才能夠通訊，本設(shè)計(jì)中只采用僅限組2的從設(shè)備建立連接，其建立連接是通過“分配預(yù)定義主/從連接組”來完成的。

　　l 參數(shù)管理 完成伺服系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)字或者控制字的讀取修改工作，這些參數(shù)包括伺服電機(jī)的內(nèi)部參數(shù)Kp、Ki、Kd等以及針對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù): 雷達(dá)扇掃中心角度、扇掃范圍、扇掃速度、手輪方式中的手輪與天線的轉(zhuǎn)速比、運(yùn)行模式選擇(第26號(hào)參數(shù)，其中0—手輪方式，1—?jiǎng)蛩賿呙璺绞剑?—扇掃方式，4—接收停方式)。一般情況下，對(duì)各個(gè)控制字參數(shù)的讀寫操作類似于對(duì)各個(gè)參數(shù)的讀寫操作。在本設(shè)計(jì)中為了簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)，我們可以對(duì)31號(hào)參數(shù)的讀寫操作來完成對(duì)16個(gè)控制字的讀寫操作，實(shí)現(xiàn)過程如下:第31號(hào)參數(shù)為控制字參數(shù)，是由16個(gè)控制字按照STA-15至STA-0順序組合而成的一個(gè)整型數(shù)，這樣對(duì)控制字參數(shù)的讀寫操作的同時(shí)也就完成了對(duì)16個(gè)控制字的讀寫操作。

　　l 狀態(tài)管理 能夠反應(yīng)伺服電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如實(shí)際位置，速度指令，力矩反饋，速度反饋，指令偏差等。這樣給我們觀察伺服電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)提供了一個(gè)直觀方便的平臺(tái)。

　　下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)通信部分的單片機(jī)完成I/O數(shù)據(jù)過程的自動(dòng)控制作業(yè)，包括輸入輸出數(shù)據(jù)的解包下發(fā)、打包上傳，以及故障事件記錄、報(bào)警等工作。通信卡采用定時(shí)中斷方式與CAN總線的控制卡節(jié)點(diǎn)頻繁地交換各自通信緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，以確保系統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)縮短了整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。圖3示出程序框圖。

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　　下位機(jī)初始化完成后，則進(jìn)入等待中斷狀態(tài)。下位機(jī)的通訊過程是通過單片機(jī)訪問CAN控制器寄存器來實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)對(duì)CAN控制器的寄存器訪問是作為單片機(jī)的外部存儲(chǔ)器訪問的，每個(gè)寄存器的地址為SJA1000的首地址與SJA1000內(nèi)部相對(duì)地址之和。單片機(jī)采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。CAN控制器 SJA1000接收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)并且當(dāng)接收緩沖區(qū)有空余空間時(shí)，接收的數(shù)據(jù)被依次放在SJA1000的接收緩沖區(qū)中，這是有硬件自動(dòng)完成的。當(dāng)調(diào)用清除命令清除接收寄存器中的數(shù)據(jù)后，F(xiàn)IFO接收緩沖區(qū)會(huì)把數(shù)據(jù)填充到已清空的接收寄存器中，同時(shí)回答一個(gè)中斷信號(hào)。單片機(jī)把這個(gè)中斷信號(hào)作為單片機(jī)的外部接收中斷，單片機(jī)響應(yīng)接收中斷后讀出CAN控制器中的接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)并保存，再清空CAN控制器的接收寄存器。

　　在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件時(shí), 開發(fā)工具使用Borland C++語言 。因Borland C++是一種可視化、面向?qū)ο蟮腃++程序設(shè)計(jì)語言快速開發(fā)工具,具有簡(jiǎn)單直觀和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。在Borland C ++集成開發(fā)環(huán)境下,可以方便的編寫PC機(jī)的通訊程序。

　　以PC機(jī)A作為主機(jī),伺服驅(qū)動(dòng)器和PC機(jī)B作為網(wǎng)絡(luò)中的2個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)置主機(jī)節(jié)點(diǎn)地址和通訊波特率后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描建立連接，可以正確掃描到兩個(gè)在線節(jié)點(diǎn)，如圖4是讀取伺服驅(qū)動(dòng)器各個(gè)參數(shù)值。

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　　結(jié)語

　　實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明:本系統(tǒng)具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好、易于維護(hù)等特點(diǎn),達(dá)到了設(shè)計(jì)所需的要求。