1 引言

　　伺服驅(qū)動(dòng)器（servo drives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

　　伴隨著電機(jī)由有刷電機(jī)、無刷電機(jī)以及永磁同步電機(jī)的發(fā)展歷程，伺服驅(qū)動(dòng)器相應(yīng)經(jīng)歷了模擬電路、8位單片機(jī)模數(shù)混合電路及高性能DSP電機(jī)專用控制解決方案等發(fā)展階段。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)速范圍寬、定位精度高、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性、快速響應(yīng)無超調(diào)、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)、可靠性高等諸多特點(diǎn)對(duì)控制芯片提出了更高的要求。

2 DSP電路設(shè)計(jì)

　　伺服驅(qū)動(dòng)器選用微芯公司高性能16位數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC 30F4011作為無刷電機(jī)的主控芯片，它集DSP的高速運(yùn)算處理能力與電機(jī)常用檢測(cè)接口于一體，成為很多伺服方案的首選。DSP在伺服系統(tǒng)中主要承擔(dān)對(duì)實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)按照某種控制規(guī)律、算法實(shí)時(shí)地計(jì)算、處理并且存儲(chǔ)，最后將實(shí)時(shí)結(jié)果輸出。DSP的性能對(duì)整個(gè)伺服系統(tǒng)的控制性能起著至關(guān)重要的作用，因此選擇一款合適的DSP芯片變得尤為重要，整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器硬件都是圍繞DSP來設(shè)計(jì)的。

　　2.1 dsPIC30F4011芯片及功能

　　dsPIC30F4011是伺服驅(qū)動(dòng)器的主控芯片。是Microchip公司為滿足高性能，高精度伺服要求而推出的一款電機(jī)專用芯片，如圖1所示，外設(shè)資源比較豐富。

　　dsPIC30F4011采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)，能提供最高30MIPS的工作速度，指令寬度為24，16位的數(shù)據(jù)總線寬度，2KB數(shù)據(jù)RAM，48KB程序FLASH，除此之外：

　?。?）高灌/拉電流I/O引腳，25mA/25mA。

　?。?）5個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，需要時(shí)可組合成32位定時(shí)器。

　　（3）10位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）模塊。

　?。?）6路PWM輸出，邊沿對(duì)齊或中心對(duì)齊，3個(gè)占空比發(fā)生器，輸出可改寫。

　?。?）可用于帶霍爾傳感器電機(jī)的輸入捕捉模塊。

　?。?）可用于進(jìn)行速度和位置測(cè)量的正交編碼器接口（QEI），A相、B相、索引脈沖三輸入信號(hào)。

　?。?）通用異步收發(fā)器（UART）模塊。

　　2.2 dsPIC30F4011開發(fā)環(huán)境及工具

　　dsPIC30F4011的開發(fā)環(huán)境由MPLAB IDE代碼編輯器和ICD2程序下載和調(diào)試器構(gòu)成，前者主要完成控制程序代碼編輯、修改，經(jīng)編譯生成Hex文件后，通過ICD2下載到器件中，也可以使用ICD2進(jìn)行調(diào)試。

3 伺服驅(qū)動(dòng)器軟件的研究

　　3.1 伺服系統(tǒng)控制程序總體框架

　　無刷直流電機(jī)位置伺服系統(tǒng)主要由無刷電機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)模塊、電子換相單元、光電編碼器、原點(diǎn)位置傳感器、RS-485總線通訊單元等組成。如圖2。

　　3.2 伺服驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

　　由于電流、速度、位置各環(huán)的比例，積分系數(shù)值是在電機(jī)啟動(dòng)前通過串口設(shè)置的，在電機(jī)運(yùn)行過程中也隨時(shí)可以更改，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小了超調(diào)，縮短了響應(yīng)時(shí)間。從而實(shí)現(xiàn)了無刷電機(jī)高要求的控制系統(tǒng)。

4 結(jié)語

　　本課題來源在于研究dsPIC30F4011做為控制核心芯片解決了伺服驅(qū)動(dòng)器的調(diào)速范圍寬、定位精度高、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性、快速響應(yīng)無超調(diào)、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)、可靠性高等諸多特點(diǎn)在設(shè)計(jì)與運(yùn)用的問題。從而提高了生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，也滿足了定位精度高，響應(yīng)速度快的要求。