基于TMS320F2812的工业缝纫机交流伺服系统设计
俞迪峰1，王竹林2，孙正捷3，杨成,忠1
（1．杭州电子科技大学信息与控制研究所，杭州310018;2杭州电子科技大学科技处
杭州310018；3．浙江省质量技术监督检测研究院，杭州310013）
摘要：介绍了一种工业缝纫机交流伺服系统的软硬件设计方案，其控制核心采用‘IMS320F2812DSP.同时阐述了其外围电路和智能功率模块的使用。系统控制策略采用空间矢量控制算法。通过对该系统的测试，表明方案可行且效果良好。
关键词：数字信号处理器；交流伺服系统；工业缝纫机；空间矢量控制
中图分类号：TM359. 9；TP271+4 文献标志码：A 文章编号：1001-6848(2010) 01-0071-03
0引 言
目前，国内工业缝纫机很多仍然使用离合器电机或方波直流电机作为驱动，其效率比较低，转矩脉动大，且不利于针头精确定位。为适应服装加工要求的匀速、精准等特性，新型的工业缝纫机逐渐以永磁同步电机为控制对象的交流伺服系统来取代旧有控制系统。然而市场上该类高性能工业缝纫机大部分为国外品牌所占据，由于不具备核心技术，因此应用成本较高。针对这一状况，本文设计了一种以TMS320F2812数字信号处理器( DSP)为核心，用于工业缝纫机的永磁同步电机交流伺服控制系统，并介绍了系统软硬件的实现方法。该设计方案能实现平稳运行调速等功能，具有高性能、高可靠性、低成本等特点，为实现工业缝纫机复杂的缝制工艺提供了较好的平台。
1 系统设计
1.1硬件系统设计
设计的工业缝纫机交流伺服系统硬件系统结构如图1所示。
该系统主要包括基于TMS320 F2812的DSP控制器、IPM智能功率驱动模块、系统保护电路、开关电源等模块。
系统以交流永磁同步电机为控制对象，其具有转动惯量小，响应频率高，运行可靠等优点[1],此外，开关电源需要为各模块提供不同的电压值以满足系统需求。开关电源性能对系统的稳定性具有重要影响，本设计采用电流型PWM集成控制器UC3843作为电源控制芯片，不仅简化了电源元器件，同时也能有效抑制纹波电压，提高系统可靠性。
1)控制器与外围电路
控制电路以TMS320F2812 DSP为核心[2，3]。其内部集成了事件管理器模块，特别适合运动控制及电机控制。该DSP内核电压为1.8 V或1.9 V，I/O外设电压为3.3 V，为了保证上电过程中所有模块具有正确的复位状态，要求I/O先于内核供电。本设计选用TPS70151作为DSP供电芯片，当110 3.3 V电压上升到百分之83时才对内核1.8 V供电，从而使DSP以正确顺序上电。
本控制器外围电路包括电流采样电路、光电编码电路、脚踏板信号电路及电磁铁驱动电路等。永磁同步电机端电流采样采用TBC06DS霍尔电流传感器，其测量额定电流为±3A，额定输出为2.5 V ±0. 625 V，测量峰值电流可达±12 A，输出则为2.5 V±2 V。两路霍尔电流传感器输出OUT端分别经放大电路后转换为0 25 V -2. 25 V电压信号，输入DSP的ADCINAO和ADCINAI接口进行采样，从而实现系统的电流环控制。如图2所示。
为实现工业缝纫机转速的精确控制，必须对永磁同步电机转子状态进行检测以实现系统速度环控制。工业缝纫机电机通常转速在100 r/min到4000 r/min之间，其定位精度要求在±2度内。本系统光电码盘为360线增量式编码盘，其产生的正交脉冲信号经4倍频后得到1440个跳边沿信号，分辨率可达到0. 25度，精度已经完全满足工业缝纫机的定位要求，并且成本低廉，系统实现简单可靠。编码器选用Agilent公司HEDS-9700光电编码器，其内部集成了信号处理及比较电路，可直接输出AB正交脉冲编码信号，用于判断转子位置及旋转方向，它兼容TTL电平，可经过Schmitt触发器整形后直接输入到DSP的QEP接口，从而可以很方便地 |
