1 引言
近年, 交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛, 特別是在要求高精度、快響應(yīng)的應(yīng)用場合, 交流永磁同步電機伺服系統(tǒng)具有非常明顯的優(yōu)勢。隨著微電子學(xué)及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，高速、高集成度、低成本的微機和專用芯片的問世及商品化，使全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)成為可能。數(shù)字信號處理器(dsp)在實現(xiàn)全數(shù)字化交流伺服電機控制系統(tǒng)方面有著無可比擬的優(yōu)勢。然而目前dsp的機器字長僅為32位，為了滿足高控制精度要求，本文提出了一種用軟件方法擴展dsp計算字長的算法。

2 交流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成
交流電動機加上傳感器和控制器組成具有定位和跟蹤功能的閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)控制部分結(jié)構(gòu)采用三環(huán)串級控制結(jié)構(gòu)，第一環(huán)為轉(zhuǎn)矩環(huán)，第二環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)，第三環(huán)為位置環(huán)。圖1為基于矢量控制的交流伺服系統(tǒng)控制框圖。

圖1 基于矢量控制的交流伺服系統(tǒng)框圖

3 交流伺服系統(tǒng)的dsp實現(xiàn)
一般的運動控制系統(tǒng)分為控制和功率驅(qū)動兩大部分。功率驅(qū)動部分包括開關(guān)電源，集成功率模塊(integrate power module，ipm)，電流霍爾采樣電路，功率保護電路等，控制部分主要采用dsp tms320lf2407a?；趖ms320lf2407a的控制平臺結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，整個平臺分為兩大部分:tms320lf2407a組成運動控制系統(tǒng)的核心部分, 主要任務(wù)是采集信號, 完成控制算法, 發(fā)出pwm驅(qū)動信號, 同時利用其外設(shè)為平臺提供外部i/o接口。

圖2 基于tms320lf2407a的控制平臺結(jié)構(gòu)框圖

4 擴展dsp字長的算法
4.1 位置調(diào)節(jié)器的設(shè)計
從圖1中可以看出，電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)是內(nèi)環(huán)，而位置環(huán)是外環(huán)，要提高控制精度，提高位置環(huán)的控制精度至關(guān)重要。電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)都采用pi調(diào)節(jié)器，最后位置環(huán)可等效為圖3。

圖3 位置環(huán)等效結(jié)構(gòu)圖

為了保證位置不出現(xiàn)超調(diào), 一般位置伺服系統(tǒng)大都采用ⅰ型結(jié)構(gòu), 位置調(diào)節(jié)器采用p調(diào)節(jié)器，則離散的p調(diào)節(jié)器輸出表達式為u(k)=kp [θ*(k)-θ (k)]，位置誤差表達式為 e(k)=θ*(k)-θ(k)，其中θ*為輸入給定值, θ為實際位置。

4.2 擴展dsp字長的算法
為了提高控制精度可以把原來用32位有符號二進制表示的給定值和位置反饋值改成48位有符號二進制表示的數(shù)，這樣字長加長了，精度也就自然提高了。由此涉及到的算法有:加法、減法、乘法、除法以及取絕對值算法。加、減法算法流程圖如圖4、5所示。乘法運算只要把 設(shè)置簡單，就可以通過移位運算來實現(xiàn)，在這里就不贅述了。

圖4 減法流程圖 圖5 加法流程圖

48位有符號二進制數(shù)表示的給定值、位置反饋值以及位置誤差除了用來運算以外，還要用來顯示。由于伺服驅(qū)動器上用來顯示的led有限，只有六位，而且第一位還要用來表示符號位，最大只能顯示 99999，而16位最大的二進制數(shù)為65535，因此，可以把48位二進制數(shù)分為低、中、高位字來分別顯示，為了實現(xiàn)這樣的拆分，需要相應(yīng)的48位無符號二進制數(shù)的除法運算。在除法運算中要用到取絕對值運算。絕對值運算比較簡單，就是把負的48位二進制補碼取反再加1的運算。拆分低、中、高位字的除法流程圖如圖6和圖7所示。

圖6 低、中、高位字除法流程圖


圖7 高位字處理流程圖

4.3 舉例驗證
48位有符號二進制數(shù)的表示范圍為:
-140737488355328～+140737488355327
從中任選一個數(shù)來驗證, 如取(-140727654356789)d=(80024a26e8cb)h，拆分結(jié)果如下: 高位字為14072d;中位字為1543d，中位字加50000標志為1，加25000標志為1;低位字為6789d，低位字加50000標志為1。結(jié)果完全正確，符合要求。

5 結(jié)束語
由于位置調(diào)節(jié)器的運算并不復(fù)雜，通過軟件編程實現(xiàn)證明這種方法是可行的。通過這種擴展dsp字長的算法，從數(shù)值表示的角度系統(tǒng)控制精度得到了提高，誤差得到了降低，系統(tǒng)性能得到了改善。

參考文獻
[1] 劉和平等. tms320lf240x dsp結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用[m]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.
[2] 韓安太等. dsp控制器原理及其在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[m]. 北京:清華大學(xué)出版社，2003.

作者簡介
文思國 碩士研究生 主要研究為方向為電力電子與電力傳動。