基于TMS320F2812的工業縫紉機交流伺服系統設計
俞迪峰1，王竹林2，孫正捷3，楊成,忠1
（1．杭州電子科技大學信息與控制研究所，杭州310018;2杭州電子科技大學科技處
杭州310018；3．浙江省質量技術監督檢測研究院，杭州310013）
摘要：介紹了一種工業縫紉機交流伺服系統的軟硬件設計方案，其控制核心采用‘IMS320F2812DSP.同時闡述了其外圍電路和智能功率模塊的使用。系統控制策略采用空間矢量控制算法。通過對該系統的測試，表明方案可行且效果良好。
關鍵詞：數字信號處理器；交流伺服系統；工業縫紉機；空間矢量控制
中圖分類號：TM359. 9；TP271+4 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848(2010) 01-0071-03
0引 言
目前，國內工業縫紉機很多仍然使用離合器電機或方波直流電機作為驅動，其效率比較低，轉矩脈動大，且不利于針頭精確定位。為適應服裝加工要求的勻速、精準等特性，新型的工業縫紉機逐漸以永磁同步電機為控制對象的交流伺服系統來取代舊有控制系統。然而市場上該類高性能工業縫紉機大部分為國外品牌所占據，由于不具備核心技術，因此應用成本較高。針對這一狀況，本文設計了一種以TMS320F2812數字信號處理器( DSP)為核心，用于工業縫紉機的永磁同步電機交流伺服控制系統，并介紹了系統軟硬件的實現方法。該設計方案能實現平穩運行調速等功能，具有高性能、高可靠性、低成本等特點，為實現工業縫紉機復雜的縫制工藝提供了較好的平臺。
1 系統設計
1.1硬件系統設計
設計的工業縫紉機交流伺服系統硬件系統結構如圖1所示。
該系統主要包括基于TMS320 F2812的DSP控制器、IPM智能功率驅動模塊、系統保護電路、開關電源等模塊。
系統以交流永磁同步電機為控制對象，其具有轉動慣量小，響應頻率高，運行可靠等優點[1],此外，開關電源需要為各模塊提供不同的電壓值以滿足系統需求。開關電源性能對系統的穩定性具有重要影響，本設計采用電流型PWM集成控制器UC3843作為電源控制芯片，不僅簡化了電源元器件，同時也能有效抑制紋波電壓，提高系統可靠性。
1)控制器與外圍電路
控制電路以TMS320F2812 DSP為核心[2，3]。其內部集成了事件管理器模塊，特別適合運動控制及電機控制。該DSP內核電壓為1.8 V或1.9 V，I/O外設電壓為3.3 V，為了保證上電過程中所有模塊具有正確的復位狀態，要求I/O先于內核供電。本設計選用TPS70151作為DSP供電芯片，當110 3.3 V電壓上升到百分之83時才對內核1.8 V供電，從而使DSP以正確順序上電。
本控制器外圍電路包括電流采樣電路、光電編碼電路、腳踏板信號電路及電磁鐵驅動電路等。永磁同步電機端電流采樣采用TBC06DS霍爾電流傳感器，其測量額定電流為±3A，額定輸出為2.5 V ±0. 625 V，測量峰值電流可達±12 A，輸出則為2.5 V±2 V。兩路霍爾電流傳感器輸出OUT端分別經放大電路后轉換為0 25 V -2. 25 V電壓信號，輸入DSP的ADCINAO和ADCINAI接口進行采樣，從而實現系統的電流環控制。如圖2所示。
為實現工業縫紉機轉速的精確控制，必須對永磁同步電機轉子狀態進行檢測以實現系統速度環控制。工業縫紉機電機通常轉速在100 r/min到4000 r/min之間，其定位精度要求在±2度內。本系統光電碼盤為360線增量式編碼盤，其產生的正交脈沖信號經4倍頻后得到1440個跳邊沿信號，分辨率可達到0. 25度，精度已經完全滿足工業縫紉機的定位要求，并且成本低廉，系統實現簡單可靠。編碼器選用Agilent公司HEDS-9700光電編碼器，其內部集成了信號處理及比較電路，可直接輸出AB正交脈沖編碼信號，用于判斷轉子位置及旋轉方向，它兼容TTL電平，可經過Schmitt觸發器整形后直接輸入到DSP的QEP接口，從而可以很方便地 |
