采用DSP和STM32的双核智能电液伺服控制器 控制器, 伺服, 智能

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关键字：伺服控制器   DSP   STM32   Fuzzy-PID控制算法  
伺服控制系统大部分都采用传统的硬件结构，控制算法比较固定，而且也无法实现不同工况下的高性能控制算法，难以满足现代工业的需求。现阶段迫切需要研制一种智能型、具有高可靠性、控制性能更加优秀的电液伺服系统。基于DSP与STM32的智能型伺服控制器具有软硬件结合程度更加紧密、系统的智能化程度更高、可实现多种控制策略的优势。本系统从实际的需求出发，结合精确数字PID控制算法和Fuzzy控制算法自身的优势，组合成Fuzzy-PID控制算法，根据偏差的大小范围选择合适的控制算法进行调节。
本设计将两款工控芯片——TI公司的浮点型DSP TMS320F28335和ST公司的ARM7升级版STM32F103RET6引入智能电液伺服系统，设计了基于DSP与STM32的智能型伺服控制器，使电液控制技术进一步朝向数字化、集成化、智能化、轻量化、高精度、高可靠性、节能降耗的方向持续发展。

1 硬件设计

1.1 硬件总体结构

本系统硬件主要由STM32F103RET6和TMS320F28335两部分组成。STM32F103RET6主要控制外围电路，包括输入信号调理模块、输出信号调理模块、A/D和D/A转换模块、硬件自检测电路模块、触摸屏控制模块、故障报警模块;DSP芯片TMS320F28335主要完成算法的计算与以太网通信，包括外扩SRAM模块、DM9000A以太网通信模块、EEPROM存储模块。两者通过SPI进行数据通信，包括各种参数、控制输出量等。显示模块采用5.7寸电阻式触摸屏，用于显示各部分的工作状态及运行情况，完成控制器各种参数的在线设定等人机交互。其硬件结构如图1所示。





1.2 I/U变换电路

由于指令输入信号和反馈信号都是4～20 mA直流信号，所以需要将其转换成STM32F103RET6的A/D转换器可接受的0～3 V直流电压信号。图2为I/U变换电路。





电阻R25输入一个“-2.5 V”参考电压，由“虚断”可知，经过R25和R26电阻分压后，在“1”点的电压为：





所以U1=-0.1 V。由“虚短”可知，“2”点的电压U2=U1=-0.1 V，所以当4～20 mA电流信号输入后，“3”点的电压U3=I×(R14+R16)-0.1，即U3=0.025×I-0.1。当I=4 mA时，U3=0 V;当I=20 mA时，U3=0.4 V，这样就完成了4～20 mA到0～0.4 V的电流/电压转换。后级运放为同相比例运算放大器，放大倍数：





所以输出电压公式为UO=7.5×U3。当输入为4 mA时，UO=0 V;当输入为20 mA时，UO=7.5×0.4=3 V。经过两级运放，完成了从4～20 mA电流信号向0～3 V电压信号的转换。