DSP芯片在運動控制方面的應(yīng)用有哪些？

運動控制技術(shù)是數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)水平的高低將直接影響一個國家裝備制造業(yè)的發(fā)展水平。目前，多軸伺服控制器越來越多地運用在運動控制系統(tǒng)中，具有較高的集成度和靈活性，可實時完成運動控制過程中復(fù)雜的邏輯處理和控制算法，能實現(xiàn)多軸高速高精度的伺服控制。

實時實施復(fù)雜控制算法的關(guān)鍵這些運動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為功能強大的數(shù)字信號處理器(DSP)的出現(xiàn)。即使在要求較低但成本敏感的應(yīng)用中，例如家用冰箱壓縮機驅(qū)動器，也可以利用DSP的功能來實現(xiàn)無傳感器控制算法，可降低系統(tǒng)成本并提高驅(qū)動器的整體穩(wěn)健性。在高性能伺服驅(qū)動器中，DSP的強大計算能力允許通過矢量控制，紋波轉(zhuǎn)矩降低，預(yù)測控制結(jié)構(gòu)以及對非理想系統(tǒng)行為的補償進行更精確的控制。

運動控制器是運動控制系統(tǒng)的核心部件。國內(nèi)的運動控制器大致可以分為3類：

第1類是以單片機等微處理器作為控制核心的運動控制器。這類運動控制器速度較慢、精度不高、成本相對較低，只能在一些低速運行和對軌跡要求不高的輪廓運動控制場合應(yīng)用。

第2類是以專用芯片(ASIC)作為核心處理器的運動控制器，這類運動控制器結(jié)構(gòu)比較簡單，大多只能輸出脈沖信號，工作于開環(huán)控制方式。由于這類控制器不能提供連續(xù)插補功能，也沒有前饋功能，特別是對于大量的小線段連續(xù)運動的場合不能使用這類控制器。

第3類是基于PC總線的以DSP或FPGA作為核心處理器的開放式運動控制器。這類開放式運動控制器以DSP芯片作為運動控制器的核心處理器，以PC機作為信息處理平臺，運動控制器以插件形式嵌入PC機，即“PC+運動控制器”的模式。這樣的運動控制器具有信息處理能力強，開放程度高，運動軌跡控制準(zhǔn)確，通用性好的特點。但是這種方式存在以下缺點：運動控制卡需要插入計算機主板的PCI或者ISA插槽，因此每個具體應(yīng)用都必須配置一臺PC機作為上位機。這無疑對設(shè)備的體積、成本和運行環(huán)境都有一定的限制，難以獨立運行和小型化。

DSP 在電機控制方面的應(yīng)用是一個新領(lǐng)域。DSP 是應(yīng)用高性能的處理器提高對電機控制精度的一種芯片。高速的DSP 主要用在電機無傳感器控制和磁場定向控制中,因為在無傳感器控制中需要用已知的電流和電壓實時計算速度和位置,而在電機磁場定向控制中,需要把所有的變量以矢量形式轉(zhuǎn)化到與定子旋轉(zhuǎn)磁場同步的坐標(biāo)系中,這些都需要進行大量的運算,高速的DSP可以實時完成這些工作。在價格上DSP已經(jīng)從最初期的幾百美元降到了幾美元。16位的DSP的性能也從5Mips(百萬次每秒)提高到了2000Mips。包括大容量片內(nèi)存儲器,還在片上集成多種外圍設(shè)備。

DSP的數(shù)據(jù)運算處理功能強大,即使在很復(fù)雜的控制中,采樣周期也可以取得很小,控制效果更接近于連續(xù)系統(tǒng)。把DSP與PC的各自優(yōu)勢結(jié)合將是高性能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本運動控制器采用TI公司的高性能浮點DSP作為主控芯片,通過ISA接口與PC協(xié)調(diào)并進行數(shù)據(jù)交換,以PC計算機作為基本平臺,以DSP高速運動控制卡作細插補、伺服控制的核心,對直線電機的運動進行控制,取得了良好的實際應(yīng)用效果。

在開放式數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用基于DSP+FPGA的運動控制卡,DSP承擔(dān)了CNC系統(tǒng)中實時性要求較高的模塊功能。利用DSP高速運算能力和實時信號處理能力,采用先進的Bspline插補算法,使該DSP運動控制卡具有高速、高精度的性能,結(jié)合FPGA芯片的先進技術(shù),使該運動控制卡的集成性、可靠性大大提高。本運動控制卡目前是基于ISA總線設(shè)計的,今后將考慮把該系統(tǒng)移植到PCI總線上,將能進一步提高系統(tǒng)的處理速度能力,適應(yīng)更高要求。