DSP芯片在运动控制方面的应用有哪些？

运动控制技术是数控机床的关键技术，其技术水平的高低将直接影响一个国家装备制造业的发展水平。目前，多轴伺服控制器越来越多地运用在运动控制系统中，具有较高的集成度和灵活性，可实时完成运动控制过程中复杂的逻辑处理和控制算法，能实现多轴高速高精度的伺服控制。

实时实施复杂控制算法的关键这些运动控制系统已经成为功能强大的数字信号处理器(DSP)的出现。即使在要求较低但成本敏感的应用中，例如家用冰箱压缩机驱动器，也可以利用DSP的功能来实现无传感器控制算法，可降低系统成本并提高驱动器的整体稳健性。在高性能伺服驱动器中，DSP的强大计算能力允许通过矢量控制，纹波转矩降低，预测控制结构以及对非理想系统行为的补偿进行更精确的控制。

运动控制器是运动控制系统的核心部件。国内的运动控制器大致可以分为3类：

第1类是以单片机等微处理器作为控制核心的运动控制器。这类运动控制器速度较慢、精度不高、成本相对较低，只能在一些低速运行和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。

第2类是以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器，这类运动控制器结构比较简单，大多只能输出脉冲信号，工作于开环控制方式。由于这类控制器不能提供连续插补功能，也没有前馈功能，特别是对于大量的小线段连续运动的场合不能使用这类控制器。

第3类是基于PC总线的以DSP或FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。这类开放式运动控制器以DSP芯片作为运动控制器的核心处理器，以PC机作为信息处理平台，运动控制器以插件形式嵌入PC机，即“PC+运动控制器”的模式。这样的运动控制器具有信息处理能力强，开放程度高，运动轨迹控制准确，通用性好的特点。但是这种方式存在以下缺点：运动控制卡需要插入计算机主板的PCI或者ISA插槽，因此每个具体应用都必须配置一台PC机作为上位机。这无疑对设备的体积、成本和运行环境都有一定的限制，难以独立运行和小型化。

DSP 在电机控制方面的应用是一个新领域。DSP 是应用高性能的处理器提高对电机控制精度的一种芯片。高速的DSP 主要用在电机无传感器控制和磁场定向控制中,因为在无传感器控制中需要用已知的电流和电压实时计算速度和位置,而在电机磁场定向控制中,需要把所有的变量以矢量形式转化到与定子旋转磁场同步的坐标系中,这些都需要进行大量的运算,高速的DSP可以实时完成这些工作。在价格上DSP已经从最初期的几百美元降到了几美元。16位的DSP的性能也从5Mips(百万次每秒)提高到了2000Mips。包括大容量片内存储器,还在片上集成多种外围设备。

DSP的数据运算处理功能强大,即使在很复杂的控制中,采样周期也可以取得很小,控制效果更接近于连续系统。把DSP与PC的各自优势结合将是高性能数控系统的发展趋势。本运动控制器采用TI公司的高性能浮点DSP作为主控芯片,通过ISA接口与PC协调并进行数据交换,以PC计算机作为基本平台,以DSP高速运动控制卡作细插补、伺服控制的核心,对直线电机的运动进行控制,取得了良好的实际应用效果。

在开放式数控系统中应用基于DSP+FPGA的运动控制卡,DSP承担了CNC系统中实时性要求较高的模块功能。利用DSP高速运算能力和实时信号处理能力,采用先进的Bspline插补算法,使该DSP运动控制卡具有高速、高精度的性能,结合FPGA芯片的先进技术,使该运动控制卡的集成性、可靠性大大提高。本运动控制卡目前是基于ISA总线设计的,今后将考虑把该系统移植到PCI总线上,将能进一步提高系统的处理速度能力,适应更高要求。