基于DSP电动执行机构

   1.引言
   在工业生产现场，执行机构发挥着非常重要的作用。它可以接收调节器或计算机的控制信号，自动完成调节功能，是自动控制系统的重要组成部分。近年来，随着计算机技术和控制技术的快速发展，电动执行器也发展迅速。目前，电动执行机构的人性化的方向CAN总线的全数字和多节点智能电动执行机构是最具发展潜力的机构之一。本文基于DSP（TMS320F2812)高速电动执行机构CPU以阀门、伺服电机、控制器为核心，采用异步电机直接驱动阀门的开关CAN总线传输信息[1]。
   2.系统工作原理
   三相输出电流、电压和阀门的位置型号，由霍尔电流、电压传感器和位置传感器检测到，送入DSP的A/D和D/A转换器。DSP控制PWM波发生器，产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM，实现电机变频调速和阀位控制。
   2.1 系统机构框图
   智能电动执行机构主要分为控制部分和执行驱动部分。电动执行机构控制系统的结构框图如图1所示。

   控制部分主要由TI公司生产的TMS320F2812是控制系统的核心。TMS320F2812是为满足控制应用而设计的，集成了丰富的外围设备。内部可以处理系统设置、采样、显示、报警、故障等信号，实现电机的控制[2]。
   驱动电路的功能是将自动或手动开关信号转换为驱动执行机构电机正转/反转的动力。
   2.2 模拟量处理电路
   模拟量处理电路DSP包括传感器或敏感元件、通道结构、信号调节、A/D转换、电源配置、抗干扰等。
   因为TMS320F2812的A/D转换单元只能转换0~3V因此，应使用单极模拟信号DSP的内部A/D转换器必须将互感器的双极信号(-2~ 2V）电压提升电路调节到0~3V交流电压信号采样调理电路如图2所示。

   2.3 CAN总线
   TMS320F2812内带CAN控制器简化了整个电路的外围设计，提高了可靠性。CAN总线传输距离长，数据传输率高，CAN线间干扰小，抗干扰能力强。CAN通信方案设计如下：DSP的CANRX和CANTX首先通过高速光耦6N137与TJA1050连接实现了总线的电气隔离；采用TJA1050作为驱动器完全一致ISO11898标准Mbit/s；电磁抗干扰性能好；不上电的节点不会对总线造成扰动；至少可以连接120个节点。CAN如图3所示。
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   3.软件设计
   电动执行机构软件设计满足可靠性、可测试性和可维护性的要求，采用结构化和模块化设计方法[3]。
   主程序是软件的主框架，其主要任务是在满足条件时调用其他功能模块，执行各功能模块的任务。主程序设计的工作过程是：系统上电复位后，TMS320F2812首先对自己的工作条件和环境进行自检和设置。如有错误，报警，停止电动执行机构；否则，从EEPROM读取系统参数、整定参数和故障记录。初始化完成后，主程序循环执行的功能模块包括：捕获电压信号和位置信号，确定A/D采样周期、看门狗电路、故障检测和报警、触摸屏显示和参数保存。需要指出的是，在主程序循环中，所有功能模块只能在满足条件时执行。一旦条件不满足，立即进入下一个功能模块，因此并非所有操作都必须在每个循环中执行。主程序流程图如图4所示。

   4.结束语
   DSP是专门为数字信号处理设计的处理器，是目前电子行业增长最快的产品之一。DSP充分利用电动执行机构TMS320F2812芯片具有数据处理能力强、片外丰富的特点，大大简化了电动执行机构的硬件结构，降低了成本，提高了系统的可靠性。DSP的CAN全数字、多节点智能电动执行器可为工业生产提供极大便利，具有广阔的应用前景。