專利名稱：一種轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工控領域，具體涉及一種根據(jù)遠端設備傳來的模擬量信號驅(qū)動轉(zhuǎn)盤精確定位的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)電路。
背景技術：
一種工業(yè)設備需要根據(jù)遠端設備傳來的四路模擬量大小發(fā)出角度位置命令，控制兩個轉(zhuǎn)盤。其中，每兩路模擬量控制一個轉(zhuǎn)盤，分別驅(qū)動轉(zhuǎn)盤在水平和俯仰方向上實現(xiàn)精確定位。該設備與現(xiàn)存的轉(zhuǎn)盤控制設備存在以下不同一是轉(zhuǎn)盤水平和俯仰方向上的角度均由一路大小為-1OV IOV的模擬量作為控制信號，其大小對應著轉(zhuǎn)盤角度的絕對位置，每個轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動范圍為0 360° ;二是模擬量的更新時間為100US，故需要處理器有較快的執(zhí)行速度，以便采集模擬信號量，執(zhí)行控制算法，完成轉(zhuǎn)盤的角度定位以及轉(zhuǎn)盤位置和速度的顯示；三是兩個轉(zhuǎn)盤需要同步?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)常采用DSP作為主控制器，使用其內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換器和模擬開關采集模擬量。然而，在本系統(tǒng)中，如果采用DSP內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換器，由于其輸入模擬量大小的范圍是0 3. 3V，這就需要將輸入的模擬量信號進行電平轉(zhuǎn)換，這樣就需要增加電平轉(zhuǎn)換器件，難以保證采集精度；如果由單一的微控制器進行模擬量采集，執(zhí)行控制算法，輸出控制量，顯示轉(zhuǎn)盤速度和角度，也難以保證系統(tǒng)的實時性。另外，如果采用外置的A/D轉(zhuǎn)換器和模擬開關采集四路模擬量，由于每路模擬量的轉(zhuǎn)換均需要較長時間，則難以保證系統(tǒng)控制的實時性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有控制系統(tǒng)難以保證系統(tǒng)控制的實時性，無法使兩個轉(zhuǎn)盤快速而精確地定位的問題，同時提供一種利用該轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)的控制方法。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)的技術方案如下一種轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)，包括DSP處理器及其信號輸入端連接的用于采集四路模擬量信號的四個A/D轉(zhuǎn)換器，所述DSP處理器的控制輸出端通過四個電機驅(qū)動器對應連接四個直流力矩電機，前兩個電機用于驅(qū)動控制第一轉(zhuǎn)盤，后兩個電機用于驅(qū)動控制第二轉(zhuǎn)盤，所述DSP處理器的輸出端連接有一個單片機，所述單片機與DSP處理器之間設有一個作為共享內(nèi)存的雙端口SRAM,雙端口 SRAM分別與DSP處理器和單片機的對應端口連接，所述單片機的控制輸出端與對應的顯示裝置連接。所述四個直流力矩電機上各安裝有一個絕對式光電編碼器，所述光電編碼器的信號輸出端分別與DSP處理器及對應的電機驅(qū)動器的編碼信號輸入端連接。所述的顯示裝置為通過驅(qū)動顯示芯片控制顯示的數(shù)碼管。所述的四個A/D轉(zhuǎn)換器由DSP處理器的地址信號端通過一個譯碼器電路進行選擇。本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)盤控制方法的技術方案如下一種轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)的控制方法，該方法包括如下步驟(I)四個A/D轉(zhuǎn)換器分別采集遠端設備傳來的四路模擬量信號送入DSP處理器；(2) DSP處理器對輸入的信號進行處理，控制相應的電機驅(qū)動器，從而調(diào)整對應的電機速度，使其迅速而穩(wěn)定地到達給定位置；(3) DSP處理器將得到的轉(zhuǎn)盤實際位置信息發(fā)送到用于和單片機通信的作為共享內(nèi)存的雙端口 SRAM ；(4)單片機一旦檢測到共享內(nèi)存SRAM更新信息，就從雙端口 SRAM讀取轉(zhuǎn)盤位置信息，并計算轉(zhuǎn)盤速度，然后在顯示裝置上進行顯示。步驟(2)中DSP處理器對輸入的信號進行處理，控制相應電機驅(qū)動器的過程如下①DSP處理器每隔設定時間啟動一次A/D轉(zhuǎn)換；四片A/D轉(zhuǎn)換器同時工作，將四路模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；②四片A/D器均轉(zhuǎn)換完成，即向DSP處理器發(fā)出中斷請求信號；DSP處理器讀取四路模擬量轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，作為兩個轉(zhuǎn)盤角度的給定值；③DSP處理器讀取四個光電編碼器反饋的的絕對位置數(shù)字量，以便獲得轉(zhuǎn)盤的實際位置；④DSP處理器將轉(zhuǎn)盤角度的給定值和從光電編碼器輸送來的反饋值相減得到的偏差作為控制算法的輸入，得到輸出值大小；⑤DSP處理器根據(jù)計算出的輸出值大小，發(fā)出不同占空比的PWM信號給相應的電機驅(qū)動器，從而調(diào)整相應的電機速度，使其迅速而穩(wěn)定地到達給定位置。為了保證控制的實時性，要求步驟①中DSP處理器啟動一次A/D轉(zhuǎn)換的設定時間為IOOus ;步驟②中A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間小于30us。本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)和方法采用DSP處理器和單片機作為主控制器，由DSP處理器完成模擬量采集、執(zhí)行控制算法和輸出控制量，而由單片機完成轉(zhuǎn)盤速度和角度的顯示，DSP處理器啟動四片A/D轉(zhuǎn)換器的A/D轉(zhuǎn)換，并在中斷程序中分別讀取A/D轉(zhuǎn)換結果，以及光電編碼器的絕對位置信息，執(zhí)行閉環(huán)控制算法，得到控制量，然后向四個電機驅(qū)動器同時發(fā)出控制信息，驅(qū)動四個直流力矩電機同時運動，使其迅速而穩(wěn)定地到達給定位置，完成兩轉(zhuǎn)盤的精確定位；DSP處理器在讀取編碼器位置信息的同時，將位置信息寫入雙端口SRAM,單片機從雙端口 SRAM讀取轉(zhuǎn)盤位置信息，計算轉(zhuǎn)盤速度，并在數(shù)碼管上顯示轉(zhuǎn)盤位置和速度，且A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間小于30us，保證了系統(tǒng)的實時性。


圖1是本發(fā)明轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)實施例的框圖。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。如圖1所示為本發(fā)明轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)實施例的結構框圖，由圖可知，該轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)包括DSP處理器及其信號輸入端連接的用于采集四路模擬量信號的四個A/D轉(zhuǎn)換器，DSP處理器的控制輸出端通過四個電機驅(qū)動器對應連接四個直流力矩電機，前兩個電機用于驅(qū)動控制第一轉(zhuǎn)盤，后兩個電機用于驅(qū)動控制第二轉(zhuǎn)盤，DSP處理器的輸出端連接有一個單片機，單片機與DSP處理器之間設有一個作為共享內(nèi)存的雙端口 SRAM，雙端口 SRAM分別與DSP處理器和單片機的對應端口連接，且單片機的控制輸出端與四個對應的作為顯示裝置的數(shù)碼管連接，且每個數(shù)碼管均由相應的驅(qū)動顯示芯片進行控制顯示。由于每個轉(zhuǎn)盤具有水平和俯仰兩個運動，為了快速啟停轉(zhuǎn)盤，系統(tǒng)選用了四個直流力矩電機及其相應的電機驅(qū)動器進行控制，四個直流力矩電機上各安裝有一個絕對式光電編碼器，其既輸出絕對位置信息，也輸出增量信息，光電編碼器的信號輸出端分別與DSP處理器及對應的電機驅(qū)動器的編碼信號輸入端連接；另外，四個A/D轉(zhuǎn)換器由DSP處理器的地址信號通過一個譯碼器電路進行選擇。為了保證系統(tǒng)的實時性，本系統(tǒng)采用DSP芯片TMS320LF2407和單片機AT89S51作為主控制器，由DSP完成成模擬量采集、執(zhí)行控制算法和輸出控制量，而由單片機完成轉(zhuǎn)盤速度和角度的顯示。此外，由于模擬量的大小決定了控制量的大小，為了保證控制精度，我們選用了 12位的A/D轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明轉(zhuǎn)盤控制方法包括如下步驟(I)四個A/D轉(zhuǎn)換器分別采集遠端設備傳來的四路-1OV IOV模擬量信號；(2) DSP處理器每隔IOOus啟動一次A/D轉(zhuǎn)換；四片A/D轉(zhuǎn)換器同時工作，將四路模擬量轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號；為了保證控制的實時性，要求A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間小于30us ；(3)四片A/D器均轉(zhuǎn)換完成，即向DSP處理器發(fā)出中斷請求信號；DSP處理器讀取四路模擬量轉(zhuǎn)換的12位數(shù)字量，作為兩個轉(zhuǎn)盤角度的給定值；(4)DSP處理器讀取四個光電編碼器反饋的的絕對位置數(shù)字量，以便獲得轉(zhuǎn)盤的實際位置；(5) DSP處理器將轉(zhuǎn)盤角度的給定值和從光電編碼器輸送來的反饋值相減得到的偏差作為控制算法的輸入，得到輸出值大小；(6)直流電機驅(qū)動器由兩路信號控制電機的位置，一路信號的高低電平控制電機的正反轉(zhuǎn)，另一路信號為PWM信號，PWM信號的占空比決定了電機的位置；電機驅(qū)動器內(nèi)部嵌入了速度環(huán)和電流環(huán)，DSP處理器根據(jù)計算出的控制量大小，發(fā)出不同占空比的PWM信號給相應的電機驅(qū)動器，作為速度環(huán)的給定值輸入，從而調(diào)整電機速度，使其迅速而穩(wěn)定地到達給定位置；( 7 )DSP處理器從光電編碼器得到轉(zhuǎn)盤實際位置的同時，將該位置信息發(fā)送到用于和單片機通信的作為共享內(nèi)存的雙端口 SRAM ；(8)單片機一旦檢測到共享內(nèi)存更新信息，就從雙端口 SRAM讀取轉(zhuǎn)盤位置信息，并計算轉(zhuǎn)盤速度，然后在數(shù)碼管上進行顯示。從圖1可知，DSP處理器通過譯碼電路對高位地址線A4 A15進行譯碼，產(chǎn)生5個片選信號，其中，#CS0 #CS3分別用于選擇四片A/D轉(zhuǎn)換器AD1674 ；TMS320LF2407的地址線Al連接四片AD1674的R/#C引腳，該引腳為0則啟動A/D轉(zhuǎn)換，為I則是讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；#CS4用于選擇TMS320LF2407外擴的雙端口 SRAM芯片。遠端設備傳來的四路-1OV IOV信號，分別引入四片A/D轉(zhuǎn)換器AD1674的20VIN引腳，AD1674的轉(zhuǎn)換時間為25us，通過將其引腳BIPOFF上拉到+10V，從而設置AD1674為雙極性輸入，可直接采集-1OV IOV信號。
DSP芯片TMS320LF2407每隔IOOus順序發(fā)出四條指令，分別使四片AD1674的引腳扣5=0，R/#C=0，從而啟動四片AD1674同時進行A/D轉(zhuǎn)換；四片AD1674同時工作，將四路模擬量信號轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號，一旦D1674的A/D轉(zhuǎn)換完成，AD1674的引腳STS由高電平變成低電平。為此，將STS信號反向后，通過四輸入與非門引入TMS320LF2407的引腳XINTl，當四片AD1674的STS引腳均由高電平轉(zhuǎn)為低電平時，XINTl得到下降沿，從而引起TMS320LF2407 產(chǎn)生中斷。TMS320LF2407在中斷程序中分別讀取四路模擬量轉(zhuǎn)換的12位數(shù)字量，作為兩個轉(zhuǎn)盤的水平和俯仰角度的給定值；TMS320LF2407通過I0PC2 3引腳讀取光電編碼器I的絕對位置信息，通過I0PC5 6引腳讀取光電編碼器2的絕對位置信息，通過I0PE2 3引腳讀取光電編碼器3的絕對位置信息，通過I0PE5 6引腳讀取光電編碼器4的絕對位置信息；TMS320LF2407讀取四個光電編碼器反饋的的絕對位置后，就獲得轉(zhuǎn)盤的實際位置。TMS320LF2407將轉(zhuǎn)盤給定值和反饋值相減得到的偏差作為控制算法的輸入，并執(zhí)行控制算法，比如PID控制算法，以便得到控制器的輸出量大小；TMS320LF2407使用I0PC4和TlPWM引腳控制電機驅(qū)動器I的方向引腳和位置引腳，從而決定直流力矩電機I的旋轉(zhuǎn)方向和位置；TMS320LF2407使用I0PC7和T2PWM引腳控制電機驅(qū)動器2的方向引腳和位置引腳，從而決定直流力矩電機2的旋轉(zhuǎn)方向和位置；TMS320LF2407使用I0PE4和T3PWM引腳控制電機驅(qū)動器3的方向引腳和位置引腳，從而決定直流力矩電機3的旋轉(zhuǎn)方向和位置；TMS320LF2407使用I0PE7和T4PWM引腳控制電機驅(qū)動器4的方向引腳和位置引腳，從而決定直流力矩電機4的旋轉(zhuǎn)方向和位置。TMS320LF2407擴展了一片雙端口 SRAM，作為和AT89S51單片機的共享內(nèi)存，以便實現(xiàn)兩者的通信；從圖1可知，僅利用了雙端口 SRAM的16字節(jié)用于存儲位置數(shù)據(jù)，也就是每個光電編碼器的位置數(shù)據(jù)占用兩個字節(jié)，因此可將雙端口 SRAM的其余地址線全部上拉至高電平；TMS320LF2407在從四個光電編碼器得到轉(zhuǎn)盤位置的同時，將該位置大小發(fā)送到共享內(nèi)存，并將I0PA7引腳置0，從而觸發(fā)AT89S51d單片機的中斷#INT0。AT89S51通過P3. 0 P3. 2 口驅(qū)動LED顯示芯片MAX7219，從而點亮8個數(shù)碼管，顯示轉(zhuǎn)盤I的水平方向位置和速度，其中位置和速度各占4位，小數(shù)點后有I位數(shù)據(jù)；通過P3. 3 P3. 5 口驅(qū)動LED顯示芯片MAX7219，從而點亮8個數(shù)碼管，顯示轉(zhuǎn)盤I的俯仰方向位置和速度，其中位置和速度各占4位，小數(shù)點后有I位數(shù)據(jù)；通過P1.0 Pl. 2 口驅(qū)動LED顯示芯片MAX7219，從而點亮8個數(shù)碼管，顯示轉(zhuǎn)盤2的水平方向位置和速度，其中位置和速度各占4位，小數(shù)點后有I位數(shù)據(jù)；通過P1.3 P3. 5 口驅(qū)動LED顯示芯片MAX7219，從而點亮8個數(shù)碼管，顯示轉(zhuǎn)盤2的俯仰方向位置和速度，其中位置和速度各占4位，小數(shù)點后有I位數(shù)據(jù)。
權利要求
1.一種轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)，包括DSP處理器及其信號輸入端連接的用于采集四路模擬量信號的四個A/D轉(zhuǎn)換器，所述DSP處理器的控制輸出端通過四個電機驅(qū)動器對應連接四個直流力矩電機，前兩個電機用于驅(qū)動控制第一轉(zhuǎn)盤，后兩個電機用于驅(qū)動控制第二轉(zhuǎn)盤，其特征在于所述DSP處理器的輸出端連接有一個單片機，所述單片機與DSP處理器之間設有一個作為共享內(nèi)存的雙端口 SRAM，雙端口 SRAM分別與DSP處理器和單片機的對應端口連接， 所述單片機的控制輸出端與對應的顯示裝置連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)，其特征在于所述四個直流力矩電機上各安裝有一個絕對式光電編碼器，所述光電編碼器的信號輸出端分別與DSP處理器及對應的電機驅(qū)動器的編碼信號輸入端連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)，其特征在于所述的顯示裝置為通過驅(qū)動顯示芯片控制顯示的數(shù)碼管。
4.根據(jù)權利要求3所述的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)，其特征在于所述的四個A/D轉(zhuǎn)換器由DSP處理器的地址信號端通過一個譯碼器電路進行選擇。
5.一種利用權利要求1所述的轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)四個A/D轉(zhuǎn)換器分別采集遠端設備傳來的四路模擬量信號送入DSP處理器；(2)DSP處理器對輸入的信號進行處理，控制相應的電機驅(qū)動器，從而調(diào)整對應的電機速度，使其迅速而穩(wěn)定地到達給定位置；(3)DSP處理器將得到的轉(zhuǎn)盤實際位置信息發(fā)送到用于和單片機通信的作為共享內(nèi)存的雙端口 SRAM ；(4)單片機一旦檢測到共享內(nèi)存SRAM更新信息，就從雙端口SRAM讀取轉(zhuǎn)盤位置信息， 并計算轉(zhuǎn)盤速度，然后在顯示裝置上進行顯示。
6.根據(jù)權利要求5所述的轉(zhuǎn)盤控制方法，其特征在于步驟(2)中DSP處理器對輸入的信號進行處理，控制相應電機驅(qū)動器的過程如下①DSP處理器每隔設定時間啟動一次A/D轉(zhuǎn)換；四片A/D轉(zhuǎn)換器同時工作，將四路模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；②四片A/D器均轉(zhuǎn)換完成，即向DSP處理器發(fā)出中斷請求信號；DSP處理器讀取四路模擬量轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，作為兩個轉(zhuǎn)盤角度的給定值；③DSP處理器讀取四個光電編碼器反饋的的絕對位置數(shù)字量，以便獲得轉(zhuǎn)盤的實際位置；④DSP處理器將轉(zhuǎn)盤角度的給定值和從光電編碼器輸送來的反饋值相減得到的偏差作為控制算法的輸入，得到輸出值大??； DSP處理器根據(jù)計算出的輸出值大小，發(fā)出不同占空比的PWM信號給相應的電機驅(qū)動器，從而調(diào)整相應的電機速度，使其迅速而穩(wěn)定地到達給定位置。
7.根據(jù)權利要求6所述的轉(zhuǎn)盤控制方法，其特征在于為了保證控制的實時性，要求: 步驟①中DSP處理器啟動一次A/D轉(zhuǎn)換的設定時間為IOOus ;步驟②中A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間小于30us。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)及其控制方法，采用DSP處理器和單片機作為主控制器，由DSP處理器完成模擬量采集、執(zhí)行控制算法和輸出控制量，而由單片機完成轉(zhuǎn)盤速度和角度的顯示，DSP處理器啟動四片A/D轉(zhuǎn)換器的A/D轉(zhuǎn)換，并在中斷程序中分別讀取A/D轉(zhuǎn)換結果，以及光電編碼器的絕對位置信息，執(zhí)行閉環(huán)控制算法，得到控制量，然后向四個電機驅(qū)動器同時發(fā)出控制信息，驅(qū)動四個直流力矩電機同時運動，使其迅速而穩(wěn)定地到達給定位置，完成兩轉(zhuǎn)盤的精確定位；DSP處理器在讀取編碼器位置信息的同時，將位置信息寫入雙端口SRAM，單片機從雙端口SRAM讀取轉(zhuǎn)盤位置信息，計算轉(zhuǎn)盤速度，并在數(shù)碼管上顯示轉(zhuǎn)盤位置和速度，且A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間小于30us，保證了系統(tǒng)的實時性。
文檔編號G05B19/042GK103034149SQ20121049711
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)明者張海濤, 杜盟盟, 胡金波, 張元亨 申請人:河南科技大學