dda算法控制电机_基于TMS320LF2407A和CY09449芯片实现运动控制卡的设计

DSP模块

DSP芯片TMS320LF2407A采用高性能静态CMOS工艺，供电电压仅3.3V；指令周期缩短到33ns。

作为系统的核心，TMS320LF 2407A主要完成复杂的运动控制算法，比如升降频控制、插入补偿等。本设计主要是完成双轴步进电机控制，故插入补偿采用经典的DDA算法。由于本设计对步进电机采用无反馈控制，这样对步进电机的升降频控制就显得格外重要，这也成了整个系统设计的一个难点。根据步进电机变速过程动力学特性，以指数曲线前段规律作为前后沿的近似梯形波，进而确定升降频特性，这样既能保证步进电机运行过程不会失步，又充分发挥了步进电机的固有性能，使升频过程达到时间最短的要求。下面讨论一下升降频控制的算法实现。

升降频控制

设最高运行频率为fh(电机恒速段的速度)，升频段总时间为ts。则根据步进电动机指数型升频过程的频率—时间关系：

f(t)=fM-(fM-fb)*exp(-t/T) (1)

式中fb为步进电动机起动频率；fM为极限运行频率；T为驱动系统时间常数

则有fh=f(ts)=fM-(fM-fb)*exp(-ts/T)

从而得到

ts=T*ln((fM-fb)/(fM-fh)) (2)

将ts等分为N段，得到各段时间为：ta=ts/N

则在第i个等分段ta内脉冲切换频率和要送出的脉冲数分别为：

f［i］=f(i*ta)=fM-(fM-fb)*exp(-i*ta/T)(3)

X［i］=ta*f［i］ (4)

故升频段的总步数为：

P=X［0］+X［1］+…+X［N-1］ (5)

将脉冲间隔1/f［i］转换为DSP内部16位定时器的时间常数K［i］。转换关系式为

K［i］=f_DSP/f［i］， i=0，1，2…， N-1 (6)

由于降频段特性变化规律与升频段相反，可知降频序列是升频序列的逆序列。

电机在恒速步进阶段，以fh的换相频率步进。因此对应的定时器时间常数为：

K［N］=f_DSP/fh (7)

恒速段总步数为：

X_h=X_total-2*P (8)

式中X_total为步进电机运动的总步数。

电机运行前，由主程序计算出升频段和恒速段定时器时间常数序列K［i］(i=0， …，N-1)，存放于DSP的SARAM中，形成一个K-P升速表格。当电机运行时，在线查表，并取出K［i］用于设置DSP的PWM中周期寄存器的值，从而不断改变PWM波形的周期，实现对电机的速度调节。根据升速、降速或高频恒速，决定升速表地址指针增1、减1或不变。通过这种定时的方法，一方面提高了系统的灵活性，可根据输入的最高频率、起动频率等参数改变升降速表，另一方面升降速表的求取不占用运行时间，从而提高了运行效率。

系统的部分软件流程

图2为升降频控制子程序流程图，其中：p_SARAM为指向电机升降速时间常数表的指针，采用DSP的内部SARAM来存放该表；X_up、X_con、X_down分别代表电机在升速段、恒速段、降速段要走的总步数；up_flag、con_flag、down_flag分别代表当前电机的运动状态(升速、恒速、降速)。

DSP与PC机的通信

DSP与PC机的通信通过CY09449连接，CY09449内部带有128KB双向静态SRAM，为了在工作中，使PC机和DSP对SRAM的访问不会发生冲突，本设计中把SRAM均分为两个单元A和B， PC机和DSP对这两部分的操作采用乒乓操作模式。由于DSP具有外部数据存储器扩展能力，所以该SRAM完全可以作为DSP的外扩数据存储器，这样在设计中便采用DSP的外部数据存储器有效信 /DS来作为CY09449的片选信 /SELECT。

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