DSP和ARM的双核伺服控制系统

2万 · 2019-3-25 16:03

基于DSP和ARM的双核伺服控制系统，DSP主要用来控制算法
的运算及以太网和RS48_5的通信;ARM主要用来控制各种外围电路;两者之间通
过SPI进行通信，两者分工协作，最大程度发挥各自优势。
在硬件设计部分，本课题完成了电源部分、DSP部分及ARM部分的电路设计，
其中DSP部分包括外部存储电路设计，以太网电路设计及RS48_5通信电路设计等
一些外围电路的设计。ARM部分包括输入输出信号调理电路设计，输入输出自检
电路设计，报警电路设计，隔离电路设计，触摸屏接口电路设计等一些功能性电路
的设计。电源部分主要是完成了整个系统的电源模块设计。在软件设计部分，本课
题完成DSP部分和ARM部分子程序设计，其中DSP部分包括DSP初始化配置子
程序，EEPROM子程序，以太网通信子程序，RS48_5通信子程序，控制算法子程序，
SPI通信子程序等的设计。ARM部分包括STM32初始化配置子程序，A/D转换子
程序，D/A转换子程序，自检报警子程序及SPI通信子程序等的设计。控制算法部
分，通过对经典PID控制、模糊控制以及Bang-Bang控制算法的优劣进行研究与对
比，确立了基于模糊规则切换的时间最优模糊PID控制算法，可以在保留各控制器
优点的同时，消除各控制器控制算法之间的切换扰动问题。并通过了实验的验证。

2万 · 2019-3-25 16:06

液压伺服系统是一种闭环的控制系统，其主要由液压动力装置和反馈装置两大
部分组成，液压伺服系统根据控制信号的不同又细分为机械液压伺服系统和电气液
压伺服系统两大不同类型，相比于电气液压伺服系统，机械液压伺服系统应用相对
较早，其主要应用于机床仿型装置与飞机舵面控制等方面。电气液压伺服系统又称
为电液伺服系统，其主要应用于船舶的舵机系统，轧钢机械的液压压下系统，导弹、
飞机的舵机控制系统，大**、雷达的随动系统，机械手控制以及振动试验台、飞行
模拟转台等一些大功率快速响应的位置控制和力控制方面「‘]。
电液伺服控制系统是以伺服控制器为控制核心，电液伺服阀为直接控制对象，
液压油缸作为执行元件。电液伺服控制系统是反馈控制系统，系统的输出能够随着
系统输入的变化而变化，也被称为随动系统。电液伺服控制系统因其具有控制精度
高、调节速度快，稳定性好，以及具有控制大惯量和实现大功率输出的特点，而被
广泛应用于工业控制以及自动化领域[}2}。随着工业控制相关技术的发展和工业4.0
的提出，现代的电液伺服控制系统对系统的控制性能也有了更高的要求。
目前，国内的伺服控制系统采用的控制算法比较单一，在硬件方面也无法满足
现代工业复杂生产环境下，许多高性能控制算法的实现。随着工业控制数字化、现
代智能控制理论和现场总线技术的发展，研制高性能、智能化、数字化、网络化的
伺服控制器将是电液伺服控制系统的发展趋势。因此，本课题采用了高速的数字信
号处理器DSP进行算法的运算，外围资源丰富的ARM控制各种外围电路(包括故
障自诊断电路，以太网和RS48_5通信电路等)，并且设计了一种适用于此电液伺服
控制系统的时间最优模糊P}控制算法，符合电液伺服控制系统的发展趋势，满足
了现代工业控制的要求。

2万 · 2019-3-25 16:06

在电液伺服控制领域，我国直到七八十年代才有了相关产品的实际应用，与国
外发达国家的发展水平相比，无论在相关技术的研发上，还是产品的开发上，我国
仍有一段很长的路要走。而且现有国内产品规格比较混乱，没有主导系列的产品，
也缺乏足够的工业性试验研究[[3]
国外电液伺服控制技术不管在电液伺服原件上还是系统控制技术上都有了较为
深入的研究，新型电液伺服原件和先进控制策略也进行了广泛的应用，并且形成了
一套比较完善的体系。随着电子技术的发展，电液转换组件和液压系统的变送器逐
步实现了标准化，计算机技术同电子技术相结合，在电液伺服控制领域得到了逐步
应用，脉宽调制型电磁阀和全数字液压油缸也己经开始应用，电液伺服控制系统己
经向着数字化的方向发展。德国的REXROTH公司在液压控制领域具有很强的实力，
其经典产品为HNC-100，意大利的ATOS公司是世界领先的电液元件制造商，其中
E-ME-K-PID是他的杰出产品[[4]。综上所述，可以看出国外电液伺服控制系统在控制
单元与电液转换组件上向着数字化、标准化方向发展，电液伺服元件向着集成化方
2向发展，现代控制理论使系统向着高精度、快速响应和稳定性好等方向发展。
综上所述，在液压伺服控制领域，我国想要在较短时期内有一个飞跃的发展，
必须借鉴吸收国外的先进技术，在不断加深控制理论研究的同时，也要提升伺服控
制系统关键器件的性能，比如电液伺服阀，液压油缸等。并结合现代智能理论、计
算机及工业现场总线技术，在提升液压伺服控制系统控制效果的同时，实现系统的
智能化、网络化。