基于A心和DSP的竹節紗控制系統伺服控制器設計與應用
溫新民，姜淑忠，俞志文
(上海交通犬學，l海2090240)
摘要：根據紡織行業中竹節紗生產的工藝要求，設計了基于ARM和DsP的雙cPu永磁同步電動機伺服控制器。利用ARM和觸摸液晶屏完成工藝參數的輸入與生產過程信息的顯示，支持圖形化人機界面和觸摸操作；利用DsP完成永磁同步電動機的磁場定向控制算法：該系統已成功應用在竹節紗生產線上，具有很高的性價比和推廣價值。
關鍵詞：ARM；DsP；伺服控制器；竹節紗
中圖分類號：TM341 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2009)12—0056—03
0引言
ARM微處理器具有體積小、低功耗、低成本、高性能的特點，基于ARM核的微控制器芯片不但占據了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統的8位／16位微控制器提出了挑戰。ARM微處理器及技術應用到了許多不同的領域，如工業控制領域、無線電通訊領域、網絡應用、消費類電子產品以及數字成象與安全產品當中，憑借其優點將來還會得到更加廣泛的應用。本文通過分析竹節紗裝置的工藝要求，設計了具有獨立控制結構的永磁同步電機伺服控制系統，由ARM和觸摸屏構成控制器，并在ARM核中移植嵌入式操作系統win(10ws cE，使其具有圖形化的人機界面操作功能，支持觸摸操作，可以方便快捷地進行系統參數和工藝控制參數的設置，而且可以動態顯示控制系統當前的運行狀態；以DsP為核心的驅動器完成永磁同步電動機的控制；整個系統采用****計算機語占進行編程，可以較容易實現所需的工業生產控制要求。
1竹節紗生產的工藝要求
在紡紗過程中通過改變瞬時牽伸倍數或增加附加纖維，使在紗線長度方向上產生符合一定要求的粗節的紗線稱為竹節紗，其中所產生的粗節稱為竹節，兩粗節之間的紗線稱為基紗。如圖l所示，L1L3為基紗節長，L2、L4為竹節節長，D為基紗直徑，D1、D2為竹節直徑。目前一般采用變牽伸倍數的方法生產竹節紗，用伺服電動機單獨驅動中、后羅拉，改變中、后羅拉與前羅拉的轉速比就能改變紗線的牽伸倍數即紗線的粗細，控制伺服電動機轉過的角度即可控制紗線的長度。
由于前羅拉的速度因工藝需求及外部原因發生變化，為保持給定的轉速比，中、后羅拉的速度必須跟隨前羅拉的變化。將每圈脈沖數為啊的正交編碼器與前羅拉聯結，測速周期r秒內計數器讀得的編碼器脈沖數為nf(計數器工作于4倍頻方式)，則前羅拉的轉速為：
中、后羅拉的基本轉速為
式中：c為牽伸倍數；η為牽伸效率；e為中、后羅拉與前羅拉的轉速比，當中、后羅拉以此速度運行時，所紡紗的直徑便為基紗直徑。通常用中、后羅拉的轉速與基本轉速的百分比。aj(j=l，2，…)表示某．節紗與基紗直徑的比，乘以伺服電動機所聯減速齒輪箱的速比i可得伺服電動機的速度：
將式(1)、式(2)代人式(3)得到伺服電動機速度：
設前羅拉直徑為df，則前羅拉的周長為πdf，為獲得長度為Lj(j=1，2，…)的節紗，前羅拉應旋轉  由式(1)和式(4)可知，伺服電動機與前羅拉的轉速比為  因此伺服電動機應旋轉  若服電動機正交編碼器每圈脈沖數為Nm,DsP中的計數單元工作于4倍頻方式，則伺服電動機轉過相應轉數計數得的脈沖數為： 2伺服系統的設計
根據竹節紗生產工藝要求設計的伺服系統結構框圖如圖2所示。控制器主要由ARM和觸摸液晶屏組成，并輔以其它外圍電路。以ARM為核心的
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