导语：本文是第三届伺服与运动控制论坛论文集的一部分，作者邓耀初、 高驰名、 吴星荣及刘亚琴对音圈电机进行了详细介绍，并提出了使用高速DSP来实现高响应、高速度、高频率、高精度的运动控制。文章还阐述了PID控制算法的原理和应用，其具有较强的通用性。

引言

音圈电机是一种特殊形式的直接驱动电机，它能够将电能直接转化成直线运动机械能，而不需要任何中间传动机构。其工作原理是通过均匀气隙磁场中的圆筒状绕组产生力，使负载沿直线往复移动。这种结构简单、体积小、力特性好且控制方便，使得它在精密定位系统和高加速、高频激励系统中得到广泛应用。

TMS320LF2407 DSP芯片

TMS320LF2407是一款由TI公司生产的16位定点DSP芯片，它专为电子仪器领域设计，具有低成本、低功耗和高性能等特点。在满足实时性要求的情况下，可以简化硬件电路设计。本文将利用该芯片实现数字PID控制，不仅提高了系统集成度，还可以实现各种复杂的控制算法，从而提高伺服系统性能。

音圈电机原理

根据安培力原理，当通電导體放入磁場時，就會產生力的作用方向取決於導線與磁場向量之間角度。如果共有長度為L 的N 根導線放在磁場中，那麼作用在導線上的力可表示為：

( F = k \times NI \times B )

其中k 為常數，NI 是導線內電流乘以電路次數，B 是磁场強度。

PID 控制算法

现代工业过程调节通常使用PID调节器，这是一个非常普遍且有效的手段。其模拟表达式为：

( u(t) = K_p e(t) + \frac{K_i}{T_i} \int_{0}^{t} e(\tau)d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt} )

其中：

(e(t)) 为偏差信号，即设定值与测量值之间的差。

(K_p) 为比例系数。

(T_i) 为积分时间常数。

(K_d) 为微分时间常数。

数字位置式PID计算公式如下：

( u(k) = u(k-1) + K_p e(k) + K_i T_s [e(k)+e(k-1)]/2 - K_d (u(k)-u(k-1))/T_s ）

其中：

(u(k))，(e(k))，(u'(k))，(e'(k)) 分别代表第k次采样时刻输出值、输入偏差值以及前一采样时刻输出变化值和输入偏差变化值。

(K_I=K_P*T/T_I)

(K_D=K_PTD/T)

其中 T 和 D 分别代表采样周期和微分时间（实际上D/A转换后需要考虑）。

工程应用

在工程应用中，我们采用TMS320LF2407来实现对音圈电机的数字PID控

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