基于A心和DSP的竹节纱控制系统伺服控制器设计与应用
温新民，姜淑忠，俞志文
(上海交通犬学，l海2090240)
摘要：根据纺织行业中竹节纱生产的工艺要求，设计了基于ARM和DsP的双cPu永磁同步电动机伺服控制器。利用ARM和触摸液晶屏完成工艺参数的输入与生产过程信息的显示，支持图形化人机界面和触摸操作；利用DsP完成永磁同步电动机的磁场定向控制算法：该系统已成功应用在竹节纱生产线上，具有很高的性价比和推广价值。
关键词：ARM；DsP；伺服控制器；竹节纱
中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2009)12—0056—03
0引言
ARM微处理器具有体积小、低功耗、低成本、高性能的特点，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位／16位微控制器提出了挑战。ARM微处理器及技术应用到了许多不同的领域，如工业控制领域、无线电通讯领域、网络应用、消费类电子产品以及数字成象与安全产品当中，凭借其优点将来还会得到更加广泛的应用。本文通过分析竹节纱装置的工艺要求，设计了具有独立控制结构的永磁同步电机伺服控制系统，由ARM和触摸屏构成控制器，并在ARM核中移植嵌入式操作系统win(10ws cE，使其具有图形化的人机界面操作功能，支持触摸操作，可以方便快捷地进行系统参数和工艺控制参数的设置，而且可以动态显示控制系统当前的运行状态；以DsP为核心的驱动器完成永磁同步电动机的控制；整个系统采用****计算机语占进行编程，可以较容易实现所需的工业生产控制要求。
1竹节纱生产的工艺要求
在纺纱过程中通过改变瞬时牵伸倍数或增加附加纤维，使在纱线长度方向上产生符合一定要求的粗节的纱线称为竹节纱，其中所产生的粗节称为竹节，两粗节之间的纱线称为基纱。如图l所示，L1L3为基纱节长，L2、L4为竹节节长，D为基纱直径，D1、D2为竹节直径。目前一般采用变牵伸倍数的方法生产竹节纱，用伺服电动机单独驱动中、后罗拉，改变中、后罗拉与前罗拉的转速比就能改变纱线的牵伸倍数即纱线的粗细，控制伺服电动机转过的角度即可控制纱线的长度。
由于前罗拉的速度因工艺需求及外部原因发生变化，为保持给定的转速比，中、后罗拉的速度必须跟随前罗拉的变化。将每圈脉冲数为啊的正交编码器与前罗拉联结，测速周期r秒内计数器读得的编码器脉冲数为nf(计数器工作于4倍频方式)，则前罗拉的转速为：
中、后罗拉的基本转速为
式中：c为牵伸倍数；η为牵伸效率；e为中、后罗拉与前罗拉的转速比，当中、后罗拉以此速度运行时，所纺纱的直径便为基纱直径。通常用中、后罗拉的转速与基本转速的百分比。aj(j=l，2，…)表示某．节纱与基纱直径的比，乘以伺服电动机所联减速齿轮箱的速比i可得伺服电动机的速度：
将式(1)、式(2)代人式(3)得到伺服电动机速度：
设前罗拉直径为df，则前罗拉的周长为πdf，为获得长度为Lj(j=1，2，…)的节纱，前罗拉应旋转  由式(1)和式(4)可知，伺服电动机与前罗拉的转速比为  因此伺服电动机应旋转  若服电动机正交编码器每圈脉冲数为Nm,DsP中的计数单元工作于4倍频方式，则伺服电动机转过相应转数计数得的脉冲数为： 2伺服系统的设计
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
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