全数字伺服系统中位置环和电子齿轮的设计

电子齿轮的用途，下面将分两种情况来分析。
　　
　　3.1.1对指令脉冲频率的跟踪
　　
　　此时电机的速度由指令脉冲的频率决定，其转速v(r/min)与输入脉冲频率fin(Hz)的关系如下：
　　
　　v=1000finspdt2/6spdt1（9）
　　
　　通过设置两个电子齿轮系数，可以在同一个输入脉冲频率下获得不同的电机稳定转速。另外，输入的最高脉冲频率不能超过DSP识别的范围，这里考虑DSP在读取电平值时，该电平至少需要维持2个机器周期的时间，因此最大的输入脉冲频率为
　　
　　finmax=(20/4)MHz=5MHz
　　
　　在伺服系统的一般应用中，输入脉冲频率一般在几十到几百kHz。这种情况下如果电机处于速度控制模式下，可以通过调节指令脉冲频率来实现电机的调速；如果电机位于位置控制模式下，则需要对指令脉冲和反馈脉冲的脉冲误差进行累计，最终全部输出，这一步可以通过位置环的脉冲误差累加器ΔS来实现。
　　
　　3.1.2对指令脉冲个数的跟踪
　　
　　这种情况下输入的脉冲个数决定于电机连接的机械轴的实际位移量。其机械总位移L与输入脉冲的个数S有如下关系：
　　
　　L=SΔPg（10）
　　
　　结合式（5）和式（6）
　　
　　
　　
　　，可得
　　
　　L=(SLspdt2/10000spdt2)（11）
　　
　　通过设定spdt1和spdt2，可以在相同的脉冲输入个数下获得不同的机械轴位移。另外，在这种情况下，当输入脉冲的频率高于电机在额定转速时对应的输入脉冲频率时，就会出现滞留脉冲的情况。与第一种情况类似，可以通过脉冲误差累加器ΔS来保存滞留脉冲，并最终输出，从而实现电机定位时的无误差。
　　
　　3.2电子齿轮的软件实现
　　
　　这里使用F240DSP内部的两个可逆计数器来完成对指令脉冲和反馈脉冲的读取。在F240芯片中国共产党有3个定时计数器，其中T1用作周期定时器，T2作为反馈脉冲计数器，T3作为指令脉冲计数器。其中T2配合DSP内部的QEP电路使用，接受光电编码盘的反馈信号并4倍频使用。T3计数器工作方式定义为外部时钟，并采用双向可逆计数。程序中，通过每个采样周期对T2和T3的计数寄存器的读取来获得指令脉冲和反馈脉冲个数。在每个采样周期T内，通过读取反馈信号获得的脉冲个数记为DT2，通过读取指令信号获得的脉冲个数记为DT3。因此在电机跟踪输入脉冲频率的情况下，电机的转速应为
　　
　　v=(1000DT3spdt2/6spdt1T)（12）
　　
　　其中误差累加器ΔS的值为
　　
　　
　　
　　当电机在固定输入频率下稳速运行时，其动态平衡方程为
　　
　　DT3(iT)spdt2－DT2(iT)spdt1=0（14）
　　
　　此时ΔS内的值即为滞留脉冲，需要全部输出。
　　
　　3.3指令脉冲输入的硬件接口电路
　　
　　指令脉冲由上位控制器产生，其格式为指令脉冲序列和方向信号。在设计硬件接口电路时，首先考虑电路的抗干扰性，因此在设计中采用差分输入的形式，其差分驱动芯片选用AM26LS31。另外，由于整个控制电路采用DSP芯片实现，因此必须考虑控制电路和其他接口电路的电气隔离，这里选用6N137的光耦来实现电气隔离。图3是

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